零件多工步车削加工变形的参数优化

发布时间：2017-09-14 18:43

  本文关键词：零件多工步车削加工变形的参数优化

  更多相关文章： 加工变形 热力耦合 有限元仿真 多工步加工 遗传算法

【摘要】：在机械零件中,越来越多的零部件设计结构采用异于传统的薄壁、细轴,这些零件被称为弱刚度件。这些零件在加工中表现出易变形、对切削力、切削热耐受度较低的特点,加工易产生变形误差。在外圆切削加工中,往往加工余量过大,不能一次切削完成。本文针对弱刚度零件加工易变形的问题,在传统的单工步切削基础上研究多工步切削参数的优化问题,建立了切削参数与切削力、切削热关系的数学模型,并进行优化以得到最优的加工参数组合。具体内容如下:1.首先分析了切削力变形的因素和材料在切削中作用力与变形的关系,得到切削力和切削热与变形关系较为紧密的结论。从切削力模型与切削产热原理的角度分析,调整切削参数是控制切削力和切削热的有力途径。针对切削参数的选取,讨论了切削深度余量的分配原则和方法。针对参数优化讨论了外圆车削多目标优化方法及约束条件,设计了多工步参数优化的流程并简要介绍了遗传算法。2.分析了切削颤振现象的机理和产生的条件。通过数学推导方法求得单自由度系统切削颤振表达式。完成了齿圈车削刀具的系统模式实验,得到了车刀系统的模态参数和稳定域图。3.使用有限元软件Abaqus建立了第一工步的二维有限元仿真模型并设计针对切削热和切削变形第一工步的正交试验。通过有限元仿真完成正交试验,运用实验数据建立“切削参数-切削变形”和“切削参数-切削热”数学模型。运用Matlab的遗传算法工具箱,结合模型进行切削变形-切削热双目标优化,得到了第一工步优化参数。4.使用Abaqus软件建立齿圈第一工步三维模型,在该模型上采用优化后参数进行仿真,获取切削温度和切削变形量数据。结合温度和变形数据,用Abaqus建立第二工步三维模型。设计了针对切削变形的正交试验。在三维仿真模型上完成实验,并提取变形数据建立“切削参数-切削变形”数学模型。运用Matlab基于该数学模型,进行切削变形、材料去除率的双目标切削参数优化。获得了优化的切削参数。5.进行了齿圈外圆切削实验,将实验的第一工步温度数据和第二工步切削变形数据与仿真数据进行对比,验证了仿真的有效性,对仿真中存在的误差原因进行了简要的分析。
【关键词】：加工变形 热力耦合 有限元仿真 多工步加工 遗传算法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国内外研究现状12-13
• 1.2.2 热力耦合仿真分析研究现状13-14
• 1.2.3 有限元分析14
• 1.2.4 多工步加工研究现状14-15
• 1.3 本文内容15-16
• 第2章切削变形理论基础及优化算法16-31
• 2.1 切削变形原因16-22
• 2.1.1 研究对象介绍16
• 2.1.2 切削变形的影响因素16-17
• 2.1.3 切削变形力学基础17-22
• 2.2 切削力和切削热22-25
• 2.2.1 切削力变形22-24
• 2.2.2 切削热24-25
• 2.3 多工步切削加工25-27
• 2.3.1 两工步间的影响25-26
• 2.3.2 多工步判定依据26
• 2.3.3 加工余量分配原则26-27
• 2.4 多目标优化方法27
• 2.4.1 多目标优化模型27
• 2.5 有限元方法27-29
• 2.5.1 热力耦合仿真方法28-29
• 2.6 多步加工变形优化流程29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第3章 切削颤振及齿圈切削颤振实验31-38
• 3.1 切削颤振介绍31-33
• 3.1.1 切削颤振原理31-32
• 3.1.2 切削颤振的成因32
• 3.1.3 振动情况下的切削力32-33
• 3.2 颤振稳定域33-35
• 3.3 齿圈颤振稳定域35-37
• 3.3.1 齿圈模态识别实验35-36
• 3.3.2 齿圈车削颤振稳定域图36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 齿圈切削仿真与参数优化38-56
• 4.1 第一工步仿真优化38-48
• 4.1.1 仿真前处理38-40
• 4.1.2 正交实验40-42
• 4.1.3 第一工步有限元仿真42-46
• 4.1.4 第一刀仿真建模46-47
• 4.1.5 仿真优化47-48
• 4.1.6 优化参数三维仿真48
• 4.2 第二工步仿真48-55
• 4.2.1 第二工步前处理48-49
• 4.2.2 施加前道工序影响49
• 4.2.3 第二工步仿真实验设计49-50
• 4.2.4 第二刀仿真及结果分析50-52
• 4.2.5 第二刀仿真建模52-53
• 4.2.6 参数优化53-54
• 4.2.7 优化参数验证54
• 4.2.8 对比仿真实验54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 齿圈多工步切削实验56-63
• 5.1 实验条件与仪器56-60
• 5.1.1 实验条件56-57
• 5.1.2 实验数据测量方法及仪器57-60
• 5.2 实验结果分析60-61
• 5.3 本章小结61-63
• 总结与展望63-64
• 附录A64-67
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单67-68
• 致谢68

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本文编号：851691