难加工材料高速数控加工过程在线测温实验研究
本文关键词:难加工材料高速数控加工过程在线测温实验研究
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【摘要】:在高速切削的状态下,会产生大量的切削热,而刀具-切屑区域的热分布是影响高速切削刀具寿命、工件加工表面质量的重要因素,尤其是在广泛采用难加工材料的今天,对刀具的要求就会更高,因此对高速切削过程刀具温度测量方法的研究不仅有助于研究高速切削机理,同时对加工过程中的切削热和切削温度的研究,通过分析和优化,可以提高刀具的使用寿命及工作可靠性。本文基于人工热电偶的测温原理,利用本实验室自主研发设计的嵌入式测温刀柄,通过对以Cr12MoV为难加工材料的工件进行曲面加工,并根据测得的温度数据,分析数控加工刀路的温升特性,为路径优化提供理论依据和实验数据。主要研究内容如下:首先,以Cr12MoV为工件材料,选择旋钮作为典型零件,通过Pro/E对旋钮模型进行三维造型,并转换成MasterCam9.1可以识别的文件格式。在MasterCam9.1中进行相关参数的设置,选择走刀路径,经过实体验证确定符合加工要求后,生成相应的NC数控文件,完成旋钮模型的自动编程。其次,进行了高速铣削刀具温度测量的正交实验,通过对测温实验数据的分析,分别分析了整体温度和局部温度温升的特性。根据刀路图可知,温度曲线的波峰一般发生在曲率较大和刀具转向的点。在局部,刀具温度不是平稳波动,而是呈锯齿状的震荡式波动。同时分析了切削参数对刀具温度的影响,根据结果可知,铣削速度比进给量对温度的影响较显著。运用遗传算法,以材料切除率和刀具的温度作为优化目标,以铣削参数作为约束变量进行优化。通过MATLAB内置的遗传算法工具箱对目标函数进行优化,经过51次收敛得到最优解。通过实验对优化结果进行验证,优化后的切削参数可降低刀具的温度,并增加切除率。最后,通过对MasterCam9.1自带的粗加工的几种走刀方式的分析对比,并选择往复行切、单向切削和等距环切三种刀路作为优化目标。通过刀路图和仿真加工效果图,对三种走刀方式进行对比验证,分析出三种走刀方式在温度和效率上的优劣,并且给出了在实际加工过程中对于刀路选择的建议。经过理论建模和实验研究发现了数控加工过程中刀具温升规律,以及温升对刀具、工件的影响,为优化数控加加工参数和刀具路径提供依据。
【关键词】:数控加工 难加工材料 在线温度测量 温升特性 加工路径优化
【学位授予单位】:广东海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG659
【目录】:
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1.绪论9-16
- 1.1 课题背景及研究意义9-10
- 1.2 国内外研究现状10-13
- 1.2.1 难加工材料高速切削研究10-11
- 1.2.2 高速切削刀具温度测量研究11-12
- 1.2.3 切削参数优化研究12
- 1.2.4 加工路径优化研究12-13
- 1.3 本文主要研究内容及体系结构13-16
- 1.3.1 课题来源及主要研究内容13
- 1.3.2 本文的体系结构13-16
- 2 在线测温实验原理16-21
- 2.1 刀具温度的主要测量方法16
- 2.2 基于人工热电偶法的在线测温16-20
- 2.2.1 热电偶的标定17-18
- 2.2.2 嵌入式测温刀柄18-19
- 2.2.3 测温电路板及数据采集卡19-20
- 2.2.4 采集软件20
- 2.3 本章小结20-21
- 3 高速铣削温度在线测温21-36
- 3.1 旋钮三维实体建模及自动编程21-26
- 3.1.1 旋钮三维实体建模21
- 3.1.2 加工工艺21-22
- 3.1.3 旋钮加工自动编程22-26
- 3.2 立铣刀切削温度实验方案的设计26-29
- 3.2.1 实验条件26-28
- 3.2.2 实验方案设计28-29
- 3.3 实验结果与分析29-35
- 3.3.1 整体温度分析29-31
- 3.3.2 局部温度分析31-32
- 3.3.3 切削参数对温度的影响32-34
- 3.3.4 铣削温度回归模型34-35
- 3.4 本章小结35-36
- 4 难加工材料高速铣削切削参数优化36-41
- 4.1 铣削参数优化的意义36
- 4.2 优化算法36-37
- 4.3 优化数学模型建立37-40
- 4.3.1 优化目标及多目标函数37
- 4.3.2 设计约束37-38
- 4.3.3 优化模型建立38
- 4.3.4 优化求解38-39
- 4.3.5 优化结果分析39-40
- 4.4 本章小结40-41
- 5 难加工材料高速铣削加工路径的优化41-45
- 5.1 刀具路径优劣的评价指标41
- 5.2 刀具路径优化41-44
- 5.2.1 走刀方式的分类41-42
- 5.2.2 不同路径的比较42-43
- 5.2.3 结果与分析43-44
- 5.3 本章小结44-45
- 6 结论与展望45-47
- 6.1 结论45-46
- 6.1.1 总结45-46
- 6.1.2 主要创新点46
- 6.2 存在的问题及展望46-47
- 参考文献47-51
- 附录51-55
- 攻读硕士学位期间发表的学术论文55-56
- 致谢56-57
- 作者简介57-58
- 导师简介58
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田喜明;任景刚;周金华;;钛合金TC4高速切削温度场数值仿真[J];工具技术;2012年10期
2 陈为国;黄政;姚坤弟;;Mastercam后置处理的个性化设置[J];现代制造工程;2012年05期
3 马红英;;刀具路径规划在数控铣削加工中的应用[J];石家庄职业技术学院学报;2011年04期
4 刘晓志;陶华;李茂伟;;基于改进遗传算法的钛合金TC18铣削参数优化[J];组合机床与自动化加工技术;2010年05期
5 毕运波;方强;董辉跃;柯映林;;航空铝合金高速铣削温度场的三维有限元模拟及试验研究[J];机械工程学报;2010年07期
6 李妮妮;陈章位;陈世泽;;基于局部搜索和遗传算法的激光切割路径优化[J];计算机工程与应用;2010年02期
7 王博;;浅析自由曲面数控加工中刀具路径规划[J];装备制造技术;2009年07期
8 刘海江;黄炜;;基于粒子群算法的数控加工切削参数优化[J];同济大学学报(自然科学版);2008年06期
9 郭卫华;谭光宇;张玉华;宋龙;刘保臣;;基于CA的复杂槽形铣刀片规则梯度热源温度场分析[J];黑龙江工程学院学报;2008年01期
10 皮智谋;申晓龙;;数控铣削加工曲面刀具轨迹的规划[J];机械制造;2007年12期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李大鹏;整体硬质合金立铣刀高速切削温度场建模及仿真研究[D];广东海洋大学;2013年
2 聂建林;数控刀具寿命智能化管理系统的研究[D];重庆大学;2006年
,本文编号:726043
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