基于历史数据的型腔铣削中主轴功率仿真及进给速度优化方法

发布时间：2020-09-30 13:49

　　型腔铣削在3C产品加工和模具加工等行业中得到了广泛的应用。并且加工效率,加工质量,加工成本等一直都是数控加工领域中备受关注的研究热点,在粗加工过程中,加工效率和加工成本被格外重视。目前国内外学者也提出了各种提升效率的方法,主要分为基于材料去除率模型的进给速度优化和基于切削力模型的进给速度优化。但是材料去除率模型是几何模型,不能完全反应物理层面上的问题,可能使得对进给速度的优化不够恰当;切削力模型虽然比较准确,但是建立模型时需要用到测力仪等昂贵的设备,成本太大,也难以应用到实际加工中。本文针对上述问题,开展了对基于历史数据的主轴功率仿真技术及进给速度优化方法的研究工作。首先,本文通过研究切削力与工艺参数之间的关系和切削力与主轴功率之间的关系,建立了主轴功率计算的理论模型。通过正交试验和多元线性回归方法求得了主轴功率计算模型中的待定系数。通过设计零件,进行加工实验,发现通过公式计算的功率与实际采集功率之间的误差基本在10%以内,验证了在特定条件下主轴功率计算模型的准确性和可行性。其次,定义了本文中历史数据的概念。确定了型腔铣削粗加工过程中优化目标和约束条件。基于上述主轴功率计算的理论模型,研究了基于历史数据的主轴功率仿真技术。随后根据该主轴功率仿真技术,设计了一套进给速度优化方案。通过实际加工,对比优化前后两次实验,效率提升了29.5%,功率波动性降低了16.61%,验证了该功率仿真技术和进给速度优化方案的可行性及有效性。本文根据上述优化方案的要点,基于C#编程语言开发了基于主轴功率分析的进给速度优化工具软件。该软件提供了交互式的可视化界面辅助用户进行进给速度的优化。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG54
【部分图文】：

模型图,切削动力学,模型

图 2-1 切削动力学模型上的轴向力 dFa，径向力 dFr和切向力 dFt可以表达为a aA aCr rA rCt tA tCdF K h dz K dzdF K h dz K dzdF K h dz K dz KtA分别为切向力系数，径向力系数和轴向力系数；系数，径向刃口力系数和轴向刃口力系数；dz 为铣=fzsinφj,l为瞬时切削厚度，其单位是 mm；fz为每齿模型中参数的具体形式如表 1 所示，该表引自文献[表 1 切削力模型分类削力模型

标定曲线,实验条件,刀具,单位

华中科技大学硕士学位论文cos( )cos( )2cos( )2efa R R wtv tR RSSR RS 末末（2-11）式中：ae为铣削宽度，其单位是 mm；R 为刀具半径，其单位是 mm；S 为刀具当前行程，其单位是 mm；S末为刀具刚切完标定曲线时，刀具的行程，其单位是 mm。（1）切削宽度连续变化加工实验1.实验条件实验系统由VDL-600A立式加工中心，实验刀具为SGO直径12mm的三刃立铣刀，实验工件的材料为铝合金 7075。如图 2-7 所示。

进给速度,模型图,工艺优化,工艺参数优化

3-1 基于历史数据的进给速度优化模型图工艺参数优化目标及工艺优化约束条件工艺优化目标工艺人员在进行工艺参数优化时会着重考虑加工效率，零件加工质量和刀具重要参考因素。提升加工效率必然会带来巨大的经济效益，但是在提升效率会导致零件加工质量和刀具寿命一定程度上的下降。因此，工艺人员在进行优化时应该同时考虑零件加工效率，加工质量和刀具寿命三个工艺优化目标而本文主要的研究对象是型腔铣削过程中的粗加工，在粗加工中最关注的问加工效率，而对零件的加工质量并没有太大的要求[5]。因此在进行工艺优化标是通过工艺参数优化提升加工效率。其次是刀具寿命，通过对加工过程中数进行优化，使得加工时的主轴功率波动性降低，对刀具起到保护作用。

【参考文献】