论文题目: 虚拟数控车削加工质量预测系统的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 范胜波
导师: 王太勇
关键词: 虚拟车削,人工神经网络,遗传算法,切削力,加工质量,参数优化
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 切削力是影响车削加工工件质量的重要因素,本文首先从工程应用方面研究了基于人工神经网络的静态切削力预测方法,借助于MATLAB软件工具箱提供的列文伯格-马夸尔特神经网络算法并通过对比实验,总结出训练样本数量与切削力预测精度之间的关系,为应用人工神经网络预测切削力提供了依据。在切削力经验公式中,公式参数直接影响切削力公式的精度,为此,本文提出了一种利用遗传算法优化切削力公式参数的方法,在后续的研究中,该方法还被用于粗糙度指数公式中参数的优化。轴类零件是车削加工的一项重要内容,本文以轴类零件为研究对象,对其加工质量预测进行了研究。研究内容包括直径误差和表面粗糙度两个方面:按照加工工件不同的装卡方式,分析了影响工件直径误差的主要因素,建立了轴类工件加工直径误差预测模型,并通过切削实验确定了工件表面粗糙度不同预测方法的精度和适用范围。通过分析物理仿真数据库和几何仿真数据库的不同内容,提出了扩展数据库和新建数据库两种系统共享数据库构建模式,建立了基于开放式系统的层次化数据库,实现了轴类工件车削加工直径误差和工件表面粗糙度的预测。提出了“离散节点输出”的系统结果输出方法用于表示工件的加工直径,并在此基础上提出了基于预测的车削加工直径误差离线补偿的思路和实现方法。为了合理选择刀具,开发了面向不同用户的智能刀具选择模块。在总结切削用量优化选择方法的基础上,根据不同加工工序的特点,分别建立约束模型,实现切削参数的优化。提出了层次化的数控车削加工仿真系统结构,以数控车削加工过程几何仿真为基础,开发了数控车削轴类工件加工质量预测和切削参数优化选择模块,实现了虚拟数控车削物理仿真与几何仿真的集成。提出了虚拟车削系统个性化订制的方法与内容,并通过切削实验验证了系统的可靠性以及基于预测的轴类工件直径误差离线补偿方法的可行性。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 虚拟制造技术简介
1.2.1 虚拟制造的定义及分类
1.2.2 虚拟制造的特征
1.3 虚拟制造技术在机械工程领域中的作用
1.4 虚拟制造技术的研究现状及物理仿真存在的主要问题
1.4.1 国内外研究现状
1.4.2 物理仿真研究目前存在的问题
1.5 论文研究背景和主要工作
1.5.1 研究背景
1.5.2 论文主要工作
第二章 数控车削加工切削力预测理论与方法的研究
2.1 基于人工神经网络的切削力预测
2.1.1 人工神经网络简介
2.1.2 人工神经网络模型的数学描述
2.1.3 切削力预测的神经网络模型
2.1.4 切削力数据的采集
2.1.5 网络训练与预测结果分析
2.2 样本数量对基于神经网络切削力预测精度的影响
2.2.1 切削力样本采集
2.2.2 训练样本的选择与预测结果分析
2.3 遗传算法在切削力公式参数辨识中的应用
2.3.1 遗传算法简介
2.3.2 遗传算法在切削力公式参数辨识中的应用
2.3.3 遗传算法编程
2.3.4 遗传算法的应用实例
2.4 本章结论
第三章 车削加工工件质量的预测建模
3.1 影响工件车削加工误差的因素分析
3.2 轴类工件车削加工的直径误差建模
3.2.1 工件受力变形产生的偏差
3.2.2 机床主轴（卡盘）和尾架弹性变形引起的工件偏差
3.2.3 车削过程中刀具的偏移
3.2.4 尾架调整偏差引起的工件直径误差
3.3 工件表面粗糙度的预测研究
3.3.1 影响工件表面粗糙度的因素分析
3.3.2 理论粗糙度公式预测精度的实验验证
3.3.3 神经网络预测工件表面粗糙度方法的研究
3.3.4 用指数公式预测工件表面粗糙度
3.4 本章小结
第四章 虚拟车削加工质量预测系统的开发
4.1 虚拟车削加工质量预测系统的结构设计
4.1.1 数控车削几何仿真系统
4.1.2 数控车削几何仿真系统的基本流程
4.1.3 物理仿真与几何仿真对数据库的不同要求
4.2 物理仿真数据库
4.2.1 扩展数据库
4.2.2 新增数据库
4.3 轴类零件车削质量预测系统的开发
4.3.1 系统的总体结构
4.3.2 系统模块介绍
4.3.3 离散节点输出
4.3.4 系统的应用
4.4 基于预测的轴类工件直径误差补偿
4.5 本章小结
第五章 车削参数的智能优化选择
5.1 智能刀具选择模块
5.1.1 通用车削刀具的选择
5.1.2 专用车削刀具的选择
5.2 切削参数优化
5.2.1 不同工序需要考虑的约束因素
5.2.2 优化数学模型的建立
5.2.3 优化算法的选择
5.2.4 切削参数优化系统的开发
5.3 本章小结
第六章 集成车削加工仿真系统的实现
6.1 集成车削加工仿真系统结构
6.2 车削加工物理仿真系统的个性化定制
6.2.1 机床工艺系统静刚度的测定
6.2.2 机床尾架偏移量的测定
6.3 系统预测精度实验验证
6.3.1 实验设备及切削条件
6.3.2 实验方案
6.3.3 实测结果与预测结果的比较
6.4 基于预测的直径误差补偿精度实验验证
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 主要研究结论
7.2 对未来工作的展望
参考文献
攻读博士期间发表论文和参加科研情况
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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