基于模拟退火遗传算法的微细铣削加工参数优化

论文摘要

随着微小型化产品需求的不断增加,微小零件的加工越来越受到人们的关注。微细切削特别是微细铣削加工已经成为加工复杂表面微小零件的主要手段。相比较在常规超精密机床上进行的微细加工,在微小型机床上的加工能够降低成本、提高加工精度、节省空间,因此成为研究的热点。在微小型机床上进行加工时的微铣削力和表面粗糙度一直是微细加工研究的重点。虽然许多学者从理论上对其进行了相关的研究,但尚未有成熟的分析方法。由于缺乏对微细加工性能的研究,加工工艺难以确定。随机搜索优化方法的发展为微细铣削加工工艺参数优化提供了一条途径。本文在分析微细铣削加工技术的基础上,对铣削力和表面粗糙度进行了研究,并对铣削加工参数进行了优化。分析微细铣削加工特点,计算瞬时未变形切削厚度。在考虑切入角和切出角的情况下,分别建立适合于微细铣削的微铣削力模型和表面粗糙度理论模型。基于曲面响应法设计试验,选取背吃刀量、每齿进给量、主轴转速为变量,通过试验加工建立适合于已有加工条件的铣削力和表面粗糙度试验模型,并对模型进行验证与分析,得出各变量对铣削力和表面粗糙度的影响规律。针对微细铣削表面粗糙度和铣削力试验模型,分别采用遗传算法和模拟退火遗传算法对微细铣削表面粗糙度值、铣削力和双目标进行优化,并对两种优化方法得到的结果进行对比。以表面粗糙度值为约束,加工效率为目标函数,采用退火精确罚函数法处理约束条件,得到最优铣削用量组合,为微细铣削加工提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义
• 1.2 国内外相关研究现状综述
• 1.2.1 国内外微型加工设备研究现状
• 1.2.2 微细铣削表面质量研究现状
• 1.2.3 微细铣削力研究现状
• 1.2.4 国内外参数优化研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 微细铣削力与表面粗糙度的几何建模
• 2.1 引言
• 2.2 微细铣削力建模
• 2.2.1 瞬时未变形切削厚度的确定
• 2.2.2 切入角和切出角的确定
• 2.2.3 铣削力建模
• 2.3 表面粗糙度建模
• 2.3.1 侧面粗糙度建模
• 2.3.2 底面粗糙度建模
• 2.4 模型验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 微细铣削力与表面粗糙度的试验建模
• 3.1 引言
• 3.2 试验方案设计
• 3.2.1 试验设计
• 3.2.2 试验条件
• 3.3 试验及模型建立
• 3.3.1 RSM建模因素设定
• 3.3.2 因素水平编码
• 3.3.3 铣削力采集与分析
• 3.3.4 测量结果
• 3.3.5 模型求解
• 3.4 模型分析与检验
• 3.4.1 表面粗糙度模型分析与检验
• 3.4.2 铣削力模型分析与检验
• 3.5 本章小结
• 第4章 微细铣削加工参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 遗传算法
• 4.2.1 遗传算法基本原理
• 4.2.2 遗传算法的模式理论
• 4.2.3 遗传算法的不足
• 4.3 模拟退火算法
• 4.3.1 模拟退火算法步骤
• 4.3.2 模拟退火算法的不足
• 4.4 模拟退火遗传算法
• 4.4.1 遗传参数设计
• 4.4.2 模拟退火参数设计
• 4.4.3 模拟退火遗传算法程序设计
• 4.5 优化及其结果分析
• 4.5.1 表面粗糙度值优化及结果分析
• 4.5.2 微细铣削力优化及结果分析
• 4.5.3 双目标优化及结果分析
• 4.5.4 加工效率优化及结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢