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端面立铣加工过程数值仿真及铣削参数优化研究

作　者: 阳启华
导　师: 杜茂华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 铣削加工弹塑性三维仿真遗传算法优化
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

金属切削过程属于典型的大变形问题,它同时涉及到材料非线性、几何非线性以及边界非线性,同时在切削加工中,还会涉及到热力耦合问题,本文针对金属切削过程中的独特的非线性问题结合有限元进行了详细的理论分析；切削加工过程的模拟本质上就是采用有限元方法求解非线性问题的过程,为了更好地建立金属切削的有限元模拟模型,本文重点分析了材料本构关系、网格划分以及切屑的分离准则等关键技术问题。在吸取前人关于金属切削数值模拟研究经验的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了热力耦合的二维正交切削模型和热力耦合的三维端面立铣模型,动态仿真了用高速钢刀具在低速下铣削45钢工件且采用车间经验铣削用量时整个从刀具初始切入到稳态切削的铣削加工过程,得到了切屑成形及形状,应力应变和温度分布、切削力各分量曲线等过程变量的结果,这些结果均与现有理论相一致。为了验证三维仿真模型的合理性和准确性,本文用同等条件下实际铣削加工的铣削力试验结果与仿真结果进行了对比,研究结果显示模拟铣削力和实际铣削力相符合。这也说明了本文所采用的仿真模型是正确的、合理的,可为准确、方便快捷地预测实际铣削加工中的各个过程变量创造条件。在建立合理的仿真模型的同时,本文还建立了以最高生产效率和最低生产成本的铣削用量优化目标函数。结合试验条件,运用遗传算法进行了优化求解。同时将优化得出的铣削用量运用到本文所建立的有限元仿真模型中进行模拟分析,用模拟来替代铣削试验,从铣削力方面验证了优化结果的正确性。目前,关于单因素优化的研究比较多,比如单一的生产效率或加工成本等等,多目标的铣削用量优化研究尚未见到。采用遗传算法解决铣削用量的多目标优化是本文的创新点。另外,一般情况下,研究者们都将铣削简化为斜角切削,在此基础上本文建立了与实际加工条件相同的三维端面立铣仿真模型,该仿真模型的主要特点是不简化刀具,直接使用螺旋圆柱立铣刀,这与实际加工用刀具相同,也是本文的创新点。

端面立铣加工过程数值仿真及铣削参数优化研究

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