螺旋槽刀具切削过程仿真及刀体结构优化研究

论文摘要

正确选择刀具结构参数以及加工工艺参数,对保证加工质量,提高生产效益具有十分重要的现实意义。切削加工刀具中,螺旋槽刀具所占比例较大。基于此,本文针对螺旋槽刀具中应用较多的球头铣刀和麻花钻,结合有限元数值模型和遗传算法,开展了球头铣刀铣削参数优化和麻花钻刀体结构参数优化的研究。主要研究内容如下:建立了球头铣刀加工有限元数值模型。通过铣削5度MoCrFe斜面的铣削力现场试验,验证了所建立的有限元数值模型的准确性。以此有限元数值模型为基础,结合正交试验,进行了主轴转速、进给速度、铣削深度和铣削宽度对球头铣刀铣削加工影响的研究。采用多元线性回归方法,建立了铣削力与铣削参数之间的回归方程,并对其显著性进行验证,为球头铣刀铣削参数优化模型的建立奠定了基础。以加工效率,加工成本和铣削力为铣削参数优化目标,通过机床及刀具对铣削参数约束的研究,建立了球头铣刀铣削参数的多目标优化模型。采用遗传算法对该模型进行优化,结合MATLAB中GUI界面函数编程,开发了球头铣刀铣削参数优化系统。应用该系统对球头铣刀铣削参数进行优化,并通过有限元数值模型仿真结果对优化结果进行验证。结果表明,基于遗传算法的球头铣刀铣削参数优化系统具有一定的实用性。建立了基于麻花钻扭转刚度的有限元数值模型,通过与相关文献中所做试验结果相对比,验证了所建立的有限元数值模型的准确性。以此有限元数值模型为基础,结合正交试验和多元线性回归方法,建立了麻花钻结构参数和扭转刚度之间的回归方程。通过对麻花钻前角约束的研究,采用遗传算法对麻花钻结构参数进行优化,并结合界面函数编程,开发了麻花钻刀体结构参数优化系统。并通过有限元数值模型仿真结果对优化结果进行验证。结果表明,基于遗传算法的麻花钻刀体结构参数优化系统具有一定的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 有限元数值分析方法
• 1.2.1 有限元分析过程
• 1.2.2 有限元发展概况
• 1.3 球头铣刀铣削加工过程研究概况
• 1.3.1 球头铣刀铣削力建模
• 1.3.2 有限元方法在球头铣刀加工中的应用
• 1.4 麻花钻结构设计概况
• 1.4.1 麻花钻刃磨法对其结构设计的影响
• 1.4.2 麻花钻刚度对其结构设计的影响
• 1.5 遗传算法应用概况
• 1.5.1 遗传算法的概念
• 1.5.2 遗传算法的运行过程
• 1.5.3 遗传算法的优点
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 球头铣刀铣削斜面的三维数值模拟研究
• 2.1 球头铣刀斜面铣削数值模型的建立
• 2.1.1 球头铣刀实体几何模型的建立
• 2.1.2 Deform 软件介绍
• 2.1.3 球头铣刀仿真试验
• 2.2 球头铣刀铣削试验研究
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 试验安排
• 2.2.3 试验结果
• 2.3 仿真结果与试验结果分析
• 2.3.1 各方向仿真力与试验铣削力对比
• 2.3.2 仿真与试验误差分析
• 2.4 球头铣刀铣削力正交仿真试验
• 2.4.1 正交试验的特点
• 2.4.2 建立球头铣刀铣削力正交试验
• 2.5 回归分析模型的建立
• 2.6 回归效果显著性检验
• 2.6.1 检验回归方程的显著性
• 2.6.2 检验回归系数的显著性
• 2.7 本章小结
• 第3章 球头铣刀铣削工艺参数优化
• 3.1 建立优化模型
• 3.1.1 优化模型的设计变量
• 3.1.2 优化模型的目标函数
• 3.1.3 优化模型的约束条件
• 3.1.4 优化模型中的遗传算法
• 3.2 MATLAB 软件介绍
• 3.2.1 MATLAB 图形用户界面GUI 制作
• 3.3 建立球头铣刀铣削参数优化系统
• 3.3.1 建立球头铣刀铣削参数优化交互界面
• 3.4 本章小结
• 第4章 麻花钻刀体结构参数优化
• 4.1 麻花钻扭转刚度有限元模型的建立
• 4.2 麻花钻扭转刚度方程的建立
• 4.2.1 建立扭转刚度正交试验
• 4.2.2 建立回归分析模型
• 4.2.3 回归效果显著性检验
• 4.3 建立麻花钻结构参数优化系统
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录