数控铣削加工刀具故障诊断与处理方法研究

发布时间：2017-03-29 09:12

  本文关键词：数控铣削加工刀具故障诊断与处理方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机械加工系统自动化、智能化水平的不断提高，需要对生产过程中出现的故障进行有效的监测和调整。刀具是机加工中最基本的要素，一旦刀具发生故障，则会影响加工质量、加工成本及生产效率，危害机床及人员安全。因此，研究刀具故障诊断对提高加工质量和效率、保证加工过程的安全、降低生产成本等方面具有重要意义。 本文通过理论建模、仿真分析、优化方法相结合的方式，对刀具磨损进行研究。首先概述刀具损坏形态与机理、刀具磨损过程及磨钝标准；其次分析刀具磨损的因素，进而利用经验法和多项式回归法分别建立刀具磨损寿命与切削参数的数学模型；再次通过正交试验法设计铣削模拟方案，运用Deform3D软件进行仿真，运用matlab求解两种模型系数，采用F法检验模型的拟合程度；最后基于刀具磨损寿命模型建立切削参数优化模型，运用matlab工具箱中fmincon函数对切削参数进行优化求解，并将优化结果进行仿真实验验证。 通过经验模型和多项式模型的检验，得到两种模型都是显著的，且多项式模型的显著性更强。多项式模型考虑切削参数之间交互作用的影响，更有利于减少试验次数、降低试验成本、提高预测刀具磨损寿命精度。 通过多项式拟合公式的仿真实验验证，得到刀具磨损寿命的预测误差为5.92%～16.75%，因此多项式可以预测刀具磨损寿命，并能为切削参数优化提供理论依据。 通过优化参数的仿真实验验证，得到刀具磨损寿命的误差范围为9.6%～15.8%，该优化模型不仅可以对影响刀具磨损寿命的切削参数进行优化，而且还可以对优化参数做定量分析。
【关键词】：刀具故障诊断 刀具磨损寿命 多项式回归 Deform3D 参数优化
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG547;TH165.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题研究目的意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14
• 1.3 目前研究存在问题14-15
• 1.4 本文研究主要内容15-17
• 第2章 铣削刀具故障诊断的关键技术17-29
• 2.1 刀具损坏形态17-22
• 2.1.1 刀具磨损17-21
• 2.1.2 刀具破损21-22
• 2.2 刀具损坏机理22-26
• 2.2.1 机械磨损23-24
• 2.2.2 化学磨损24-25
• 2.2.3 相变磨损25-26
• 2.2.4 脆性破损26
• 2.3 刀具磨损过程26-27
• 2.4 刀具磨钝标准27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 刀具磨损寿命模型29-36
• 3.1 刀具磨损寿命影响因素29-30
• 3.2 刀具磨损寿命模型的建立30-33
• 3.2.1 刀具磨损寿命的经验模型30-32
• 3.2.2 刀具磨损寿命的多项式回归模型32-33
• 3.3 模型的显著性检验33-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第4章 基于 Deform3D 的数控铣削刀具磨损仿真36-59
• 4.1 仿真实验材料36-37
• 4.2 Deform3D 仿真简介及流程37-39
• 4.2.1 Deform3D 简介37-38
• 4.2.2 Deform3D 仿真流程38-39
• 4.3 Deform3D 仿真关键技术39-46
• 4.3.1 网格划分39-41
• 4.3.2 边界条件设定41-42
• 4.3.3 切屑分离准则42-44
• 4.3.4 时间步长的确定44-45
• 4.3.5 非线性有限元的求解45-46
• 4.4 Deform3D 铣削加工中有限元模型建立46-52
• 4.4.1 几何模型导入46-47
• 4.4.2 材料模型设定47-48
• 4.4.3 刀具磨损模型48-49
• 4.4.4 磨擦模型49-51
• 4.4.5 热传导模型51-52
• 4.5 仿真及结果分析52-56
• 4.5.1 仿真实验方案52-54
• 4.5.2 刀具磨损的模拟54-55
• 4.5.3 刀具磨损寿命的预测55-56
• 4.6 刀具磨损模型的验证56-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第5章 铣削加工切削参数优化59-66
• 5.1 优化技术概述59-61
• 5.1.1 切削参数优化的意义59-60
• 5.1.2 优化设计发展过程及分类60
• 5.1.3 优化设计思路及常用方法60-61
• 5.2 切削参数优化模型61-64
• 5.2.1 设计变量61-62
• 5.2.2 目标函数62-63
• 5.2.3 约束条件63-64
• 5.3 切削参数优化模型的求解64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论与展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

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本文编号：274122