面向源工艺定制的切削参数优化技术研究

发布时间：2017-04-18 20:08

  本文关键词：面向源工艺定制的切削参数优化技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为智能制造技术的重要环节,加工工艺系统自动化的研究直接决定了智能制造系统的成败,目前,人们在加工工艺和切削参数优化方面进行了大量的研究工作,但是多数研究只围绕一个方面进行,对于二者结合的研究相对较少,本文研究的主要目标是从智能制造系统的角度,将切削参数优化技术融入加工工艺之中,利用切削参数知识数据和源工艺定制技术,实现工艺规划的自动化,为智能制造系统的发展提供基础技术支撑,从而提高企业的市场竞争力和产品制造质量。针对零件切削加工过程中切削参数的优化问题进行了研究,根据企业自身的实际情况,对所加工的零件进行分类归纳,提出了源零件、源工艺和拓扑尺寸向量空间的概念,并建立参数化源零件模型及其源工艺规程,建立源工艺拓扑尺寸向量空间模型,实现参数化源工艺的定制,同时,建立参数化源零件模型及其源工艺规程的管理模块(包括独立运行版本和三维软件集成版),构建切削参数知识库并运用推理技术获取源工艺文件所涉及的工艺参数,并根据企业的实际情况,开发建立其独有切削数据库模块,为了方便用户拓展切削数据,开发了正交试验智能化计算模块。本文的主要内容有:(1)在分析切屑形成机理的基础上,建立切削力和切削热的物理模型,实现切削过程的有限元仿真和切削力正交试验的自动化计算,提出切削力正交试验自动化计算方法,采用领域本体的建模方法和CLIPS专家系统的推理框架,建立切削参数知识的事实库和规则库,建立切削参数知识的规置推理算法,实现切削参数知识的推理,提出推理结果的规范化算法,利用相似度来对推理结果规范化。(2)在分析零件描述信息的基础上,采用领域本体的建模方法,建立了适于源工艺定制系统的源零件四层描述模型,研究零件的三维建模设计方法,利用三维CAD系统的二次开发接口,实现零件信息和特征的提取,构建拓扑尺寸向量空间和衍生算法,建立源工艺拓扑尺寸向量空间模型,解决三维零件图进入工艺系统难的问题,以某类轴类零件为实例,分析几何特征,建立参数化源零件模型,进而针对该参数化源零件模型,建立相应地参数化源工艺规程定制文件,包括机械加工工艺卡、机械加工工序卡、机械加工过程卡,建立工序图和夹具图的参数化模型,实现工艺规程定制的自动化。同时,针对源工艺定制过程中尺寸链的计算问题,提出拓扑尺寸向量空间尺寸链模型,将数学中向量的概念引入到尺寸链中,将尺寸的概念拓展为尺寸向量,并建立关于尺寸向量的运算法则和尺寸向量方程,建立尺寸向量方程的求解法则,实现工艺尺寸链中判断封闭环、寻找组成环、确定增减环、求解相关尺寸及公差等环节的智能化,建立适合源工艺系统使用的拓扑尺寸向量空间公差模型。(3)在分析切削参数优化方法的基础上,确定切削参数优化的优化变量,研究生产过程的相关要素(机床占用、磨刀消耗、刀具寿命等),建立最大生产率和最低生产成本的目标函数,建立多目标优化的实现方法,提出面向源工艺的切削参数优化模型,建立基于经验公式的切削过程参数预测方法,通过分析工艺系统的变形,研究其影响因素,建立自适应切削参数优化的目标函数,提出面向工序的自适应切削参数优化方法,通过控制工艺系统的变形,减小零件加工误差,实现切削参数的自适应优化。(4)以三个轴类零件为实例,在UG环境下,建立参数化源零件模型、源工序图及源夹具图,验证本文的研究成果,实现切削参数的优化。
【关键词】：源零件 切削参数优化 工艺定制 源工艺
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506
【目录】：

• 主要符号表5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 第1章 绪论15-32
• 1.1 本论文研究的目的和意义15
• 1.2 国内外研究现状15-27
• 1.2.1 切削加工仿真的研究15-17
• 1.2.2 加工工艺方面的研究17-19
• 1.2.3 切削参数优化方面的研究19-26
• 1.2.4 切削数据库方面的研究26-27
• 1.3 存在问题和发展趋势27-28
• 1.3.1 存在的主要问题27-28
• 1.3.2 发展趋势28
• 1.4 论文的研究内容与结构28-31
• 1.4.1 论文的主要研究内容28-29
• 1.4.2 论文的体系结构29-31
• 1.5 本章小结31-32
• 第2章 面向源工艺定制的切削参数优化技术框架32-50
• 2.1 引言32
• 2.2 面向源工艺定制的切削参数优化技术内涵32-33
• 2.3 面向源工艺定制的切削参数优化特点分析33-34
• 2.4 面向源工艺定制的切削参数优化方法34-40
• 2.4.1 面向源工艺定制的切削参数优化技术模型框架34-37
• 2.4.2 面向源工艺定制的切削参数优化内涵分析37-38
• 2.4.3 面向源工艺定制的切削参数优化基本思路38-40
• 2.5 面向源工艺定制的切削参数优化技术框架40-49
• 2.5.1 面向源工艺定制的切削参数优化技术体系40-43
• 2.5.2 面向源工艺定制的切削参数优化功能模型43-46
• 2.5.3 面向源工艺定制的切削参数优化业务流程46-48
• 2.5.4 面向源工艺定制的切削参数优化关键技术48-49
• 2.6 本章小结49-50
• 第3章 切削参数知识的构建与推理技术研究50-84
• 3.1 引言50-51
• 3.2 基本理论51-54
• 3.2.1 本体论51-52
• 3.2.2 专家系统52-54
• 3.3 切削参数知识库的总体架构54-55
• 3.4 切削参数知识构建技术55-73
• 3.4.1 切削参数知识的理论计算模型55-60
• 3.4.2 切削参数知识的有限元仿真60-63
• 3.4.3 切削参数知识的实验处理63-66
• 3.4.4 切削参数知识事实库的构建66-71
• 3.4.5 切削参数知识规则库构建71-73
• 3.5 切削参数知识规置推理技术73-77
• 3.5.1 切削参数知识规置推理过程75
• 3.5.2 切削参数专家系统规置推理算法75-77
• 3.6 实例验证77-83
• 3.6.1 仿真实例77-79
• 3.6.2 CLIPS实例79-83
• 3.7 本章小结83-84
• 第4章 三维参数化源工艺定制技术研究84-116
• 4.1 引言84
• 4.2 基本原理84-85
• 4.2.1 相似性原理84
• 4.2.2 参数化设计84-85
• 4.2.3 拓扑尺寸向量空间85
• 4.3 三维参数化源工艺定制系统的总体结构85-86
• 4.4 参数化源零件建模技术86-95
• 4.4.1 源零件信息描述模型86-90
• 4.4.2 零件特征提取技术90-92
• 4.4.3 零件模型衍生算法92-94
• 4.4.4 参数化源零件模型的构建技术94-95
• 4.5 源工艺拓扑尺寸向量空间模型定制95-98
• 4.5.1 工艺路线参数化技术96
• 4.5.2 工艺卡片的参数化技术96
• 4.5.3 工艺卡片模板的定制技术96
• 4.5.4 参数化工序图定制技术96-97
• 4.5.5 参数化工艺设计97-98
• 4.6 拓扑尺寸向量空间公差模型98-102
• 4.7 拓扑尺寸向量空间尺寸链模型102-106
• 4.7.1 基本概念102-104
• 4.7.2 尺寸链模型的数据结构104
• 4.7.3 尺寸链模型的计算机求解算法104-106
• 4.8 实例验证106-115
• 4.8.1 源零件信息描述实例106-111
• 4.8.2 拓扑尺寸向量空间衍生算法实例111-112
• 4.8.3 尺寸链模型求解实例112-115
• 4.9 本章小结115-116
• 第5章 切削参数优化与过程参数预测技术研究116-139
• 5.1 引言116
• 5.2 切削参数智能优化技术116-127
• 5.2.1 概述116-117
• 5.2.2 切削参数优化模型117-125
• 5.2.3 切削参数智能优化算法125-126
• 5.2.4 面向源工艺的切削参数优化模型126-127
• 5.3 面向工序的自适应切削参数优化技术127-135
• 5.3.1 工艺系统的变形127-130
• 5.3.2 自适应优化技术130-135
• 5.4 切削过程参数预测技术135-136
• 5.4.1 切削力预测135
• 5.4.2 切削功率预测135-136
• 5.4.3 切削温度预测136
• 5.4.4 表面粗糙度预测136
• 5.5 实例验证136-138
• 5.5.1 智能优化实例136-137
• 5.5.2 面向工序的自适应优化137-138
• 5.6 本章小结138-139
• 第6章 切削数据库系统设计与实现139-153
• 6.1 引言139
• 6.2 切削数据库系统开发环境139-140
• 6.2.1 操作系统139-140
• 6.2.2 数据库系统140
• 6.2.3 系统开发语言140
• 6.3 切削数据库系统功能结构140-141
• 6.4 切削数据库系统功能模块141-148
• 6.4.1 零件信息提取142-143
• 6.4.2 知识推理模块143-144
• 6.4.3 切削参数智能优化模块144-145
• 6.4.4 源工艺管理模块145-146
• 6.4.5 实用工具146-148
• 6.5 与CAD/CAM软件的无缝集成148-152
• 6.5.1 无缝集成系统主界面149
• 6.5.2 零件特征的提取149-150
• 6.5.3 参数化零件模型的重构150-151
• 6.5.4 数据库信息的管理151-152
• 6.6 本章小结152-153
• 结论153-155
• 参考文献155-164
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单164-166
• 致谢166-167
• 作者简介167

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 苏中元;贾民平;;专家系统及其在齿轮箱故障诊断中的应用[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年

2 蔡畅;李宏伟;李勤超;;语义层次的知识推理研究[A];中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集[C];2007年

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本文编号：315631