數(shù)控切削CNC加工參數(shù)目標(biāo)優(yōu)化.doc

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1、數(shù)控切削CNC加工參數(shù)目標(biāo)優(yōu)化工藝參數(shù)是數(shù)控切削CNC加工的基本控制量。如工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，不僅難以保證工件CNC加工精度及控制CNC加工成本，而且可能因切削力過大等原因造成機(jī)床被迫停機(jī)，影響數(shù)控機(jī)床效能的正常發(fā)揮。因此，以提高數(shù)控切削CNC加工效率、降低CNC加工成本、獲得高質(zhì)量產(chǎn)品為目的進(jìn)行的數(shù)控切削CNC加工工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化研究，對提高數(shù)控CNC加工經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。本文以數(shù)控車削、數(shù)控銑削CNC加工的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、背吃刀量、銑削寬度等工藝參數(shù)作為優(yōu)化變量，建立了多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，同時采用有效的優(yōu)化算法實現(xiàn)數(shù)控切削C

2、NC加工工藝參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化。2數(shù)控切削CNC加工工藝參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)描述優(yōu)化變量數(shù)控車削CNC加工工藝參數(shù)的優(yōu)化以主軸轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給速度vf、背吃刀量ap作為優(yōu)化變量，其向量表示為X=(n，vf，ap)T數(shù)控銑削CNC加工工藝參數(shù)的優(yōu)化以主軸轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給速度vf、背吃刀量ap、銑削寬度ae作為優(yōu)化變量，其向量表示為X=(n，vf，ap，ae)T目標(biāo)函數(shù)數(shù)控切削CNC加工工時目標(biāo)函數(shù)最高生產(chǎn)率與最短CNC加工工時是一致的。數(shù)控切削CNC加工工時為t=lw*(1+tct)+t0*vf*T(1)式中：lw——切削行程(mm)vf——進(jìn)給速度(m

3、m/min)tct——換刀時間(min/次)T——刀具使用壽命(min/個)t0——工序輔助時間(min)車削CNC加工刀具的使用壽命為T=KTCTn1/mvf1/nap1/p(2)銑削CNC加工刀具的使用壽命為T=KTCTDqn1/mvf1/nap1/pae1/uZ1/w(3)式中：CT——系數(shù)KT——修正系數(shù)m，n，p，u，w——指數(shù)D——銑刀直徑Z——銑刀齒數(shù)將式(2)、(3)分別帶入式(1)，可得數(shù)控車削CNC加工工時目標(biāo)函數(shù)為Mt(X)=Avf-1+Bcvf(1/n-1)n1/map1/p+t0(4)數(shù)控銑削CNC加工工時目標(biāo)

4、函數(shù)為Mt(X)=Avf-1+Bxvf(1/n-1)n1/map1/pae1/u+t0(5)式中：A=lwBc=(Atct)/(KTCT)Bx=(AtctZ1/w)(/KTCTDq)數(shù)控切削CNC加工成本目標(biāo)函數(shù)數(shù)控切削CNC加工成本為c=lw(c0+c0tct+ct)+t0c0vfT(6)式中：c0——單位時間生產(chǎn)成本(元/min)c0t——刀具成本(元/個)將式(2)、(3)分別代入式(6)，可得數(shù)控車削成本目標(biāo)函數(shù)為Mc(X)=Evf-1+Fcvf(1/n-1)n1/map1/p+G(7)數(shù)控銑削成本目標(biāo)函數(shù)為Mc(X)=Evf-

5、1+Fcvf(1/n-1)n1/map1/pae1/u+G(8)式中：E=c0lwFc=lw[ct+c0tct)/(KTCT)]Fx=[lw(ct+c0tct)Z1/w]/(KTCTDq)G=c0t0數(shù)控切削CNC加工質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)數(shù)控切削CNC加工尺寸精度目標(biāo)函數(shù)數(shù)控切削CNC加工尺寸精度目標(biāo)函數(shù)為Mz(X)=d(9)式中：d——切削力作用下刀具或工件的變形量數(shù)控車削CNC加工時：d=5l3FH103KEI數(shù)控銑削CNC加工時：d=l3FH103·3KEI式中：FH——徑向切削力(N)l——工件支撐或刀具懸臂長度(mm)K——工件裝夾方

6、法系數(shù)I——工件或刀具慣性矩(mm4)E——工件材料的彈性模量(GPa)數(shù)控切削CNC加工表面質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)數(shù)控切削CNC加工表面質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)為：MR(X)=Ra(10)約束條件設(shè)計變量約束條件的一般形式為gi(X)≤0(i=1，2，3，…)(11)數(shù)控切削CNC加工過程中的切削力、切削功率、機(jī)床主軸扭矩、刀具強度、刀具幾何參數(shù)、切屑的控制、機(jī)床主軸最大轉(zhuǎn)速、機(jī)床最大進(jìn)給速度以及CNC加工余量等因素構(gòu)成了工藝參數(shù)優(yōu)化的約束條件。3基于主要目標(biāo)法的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型主要目標(biāo)法多目標(biāo)函數(shù)的建立設(shè)有m個優(yōu)化目標(biāo)：M1(X)，M2(X)，…，Mi

7、(X)，…，Mm(X)，以第i個目標(biāo)Mi(X)為主要目標(biāo)，則多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可表示為M(X)=Mi(X)且滿足約束條件：M1(X)≤M10，…，Mi-1(X)≤Mi-10，Mi+1(X)≤Mi+10，…，Mm(X)≤Mm0；其中M10，…，Mi-10，Mi+10，…，Mm0為各次要目標(biāo)允許的最大值。在數(shù)控切削CNC加工中，為了達(dá)到最優(yōu)CNC加工質(zhì)量，工時和成本會顯著增加。從數(shù)控CNC加工的經(jīng)濟(jì)性考慮，單純追求CNC加工質(zhì)量最優(yōu)顯然并不合適，因此在以工時、成本、質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化中，一般將工時或成本作為主要目標(biāo)，而將質(zhì)量目標(biāo)轉(zhuǎn)化

8、為約束條件。以CNC加工工時為主要目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型對于以實現(xiàn)最高生產(chǎn)率為目的、以CNC加工工時為主要目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，設(shè)計變量的向量表示為X=(n，vf，ap)T或X=(n，vf，ap，ae