面向低能耗和高表面质量的数控车削参数优化方法研究

发布时间：2020-06-13 09:24

【摘要】：金属车削加工是机械制造中重要的加工工艺,切削速度、进给速率、切削深度等切削参数都必须在切削操作时决定和选择。为了合理地优化切削参数,综合考虑加工能耗、加工效率和加工质量,提出了面向低能耗和高表面质量的数控车削参数优化方法。切削参数的选择,直接关系到切削工况,影响机床电能利用情况。为了测量数控机床的功率,采用WB9128-1三相功率传感器,建立了数控机床的功率监测系统。利用功率监测系统,在CAK3665ni数控车床上对45钢进行了干式车削加工功耗测试实验。正交实验结果表明,切削速度、进给速度和切削深度对数控车床功率都有显著的影响。尽管增大车削参数会提高车床电能消耗速率,但由于材料去除率增大、加工时间缩短,增大车削用量仍会减小总电能消耗。为了量化分析数控车床的电能消耗速率,从电能去向方面分析,分别建立了固有功率、主传动系统功率、进给系统功率和负载功率的数学模型,有效预测了数控车床的功率。不同的切削参数也会改变切削表面的微观形貌,影响工件的表面质量。为了合理地评价不同的表面质量,借鉴田口法中产品质量的损失函数公式,评价了工件的表面质量。使用MitutoyoSV-3100表面粗糙度仪测量了车削表面。实验结果表明,提高切削速度会提高工件表面质量,提高进给量会降低表面质量。为了合理优化数控车削参数,考虑各因素的交互影响,建立了表面粗糙度的数学模型。综合考虑数控车床加工过程中的能耗和工件表面质量,以切削比能低和表面粗糙度小为目标,建立了优化数控车削参数的数学模型。NSGA-Ⅱ多目标遗传算法鲁棒性高且优化性能好,利用该优化方法,对数控车削参数进行了优化。车削参数优化结果中,进给量在小于0.1mm/r时,电能消耗量会快速增大;切削深度大于0.4mm时,表面质量会迅速变差。采用线性加权和法,对优化结果进行了进一步评估,从而指导切削参数选择。经过评价后最终选取的车削参数为:车削速度243m/min,进给量0.09mm/r,车削深度0.45mm。实验结果表明,采用优化后的车削参数进行加工,与经验选取切削参数加工相比,切削比能从9.91J/mm3降低至7.33J/mm3,轮廓的算数平均偏差从1.19μm减小至0.88μm。基于多目标遗传算法的低能耗和高表面质量的切削参数优化方法,可以有效地优化切削参数,为切削方案的选择提供借鉴。
【图文】：

功率传感器,三相四线

数控车床加工过程的功率可直接反映车床的能耗变化，进而分析的电能去向，得到车削参数与电能消耗之间的关系。因此，测量化规律，获得切削过程中的机床能耗数据，是能耗研宄的首要步了分析机床切削加工过程的功率，针对沈阳机床厂生产的ＣＡＫ３６，建立了数控加工能耗监测系统，为数控车削加工过程能耗建技术支撑。逡逑功率检测系统的组成及原理逡逑建的功率监测系统由ＷＢ９１２８－１三相功率传感器、ＷＢＷＹ－Ｓ１（辅助电源）、信号转换器和上位机组成。监测系统中选用的ＷＢ９１传感器具有高速数据同步采集和数据快速处理技术，在信号采压，，同时穿心接入交流电流，可将三相四线电路的功率等信息总线输出。ＷＢ９１２８－１三相功率传感器及其他组成部件的连接示意示。逡逑ＷＢ９１２８－１逡逑

功率传感器,三相四线

Ｎ邋逦逦邋２、４脚逡逑图２－１邋ＷＢ９１２８－１功率传感器的三相四线接图逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｗｉｒｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍｓ邋ｏｆ邋ＷＢ９１２８－１邋ｓｅｎｓｏｒ逡逑一邋７邋—逡逑
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG519.1

【参考文献】