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数控切削CNC加工参数倾向优化-数控车床加工

文章作者:数控车床加工 发表时间: 浏览次数:

[导读:]手工制作参数是数控切削CNC加工的基本把握量。如手工制作参数决定不当,不单难以保证工件CNC加工精度及把握CNC加工底,而且可能因切削力过大等原因遭成机床被迫停机,影响数控机床效能的正常发挥。易于 ,以提高数控切削CNC加工效率、降低CNC加工底、获得高质料产品为鹄的进行..
数控切削CNC加工参数倾向优化-数控车床加工

数控切削CNC加工参数倾向优化
手工制作参数是数控切削CNC加工的基本把握量。如手工制作参数决定不当,不单难以保证工件CNC加工精度及把握CNC加工底,而且可能因切削力过大等原因遭成机床被迫停机,影响数控机床效能的正常发挥。易于 ,以提高数控切削CNC加工效率、降低CNC加工底、获得高质料产品为鹄的进行的数控切削CNC加工手工制作参数多倾向优化研究,对提高数控CNC加工经济效益具有要紧意义。
本文以数控车削、数控铣削CNC加工的主轴转速、进给速度、背吃刀量、铣削宽度等手工制作参数作为优化变量,建立了多倾向优化数学模型,再是采取应用有效的优化算法实现数控切削CNC加工手工制作参数的多倾向优化。
2 数控切削CNC加工手工制作参数优化的数学描述
优化变量
数控车削CNC加工手工制作参数的优化以主轴转速n、进给速度vf、背吃刀量ap作为优化变量,其向量表示为
X=(n,vf,ap)T
数控铣削CNC加工手工制作参数的优化以主轴转速n、进给速度vf、背吃刀量ap、铣削宽度ae作为优化变量,其向量表示为
X=(n,vf,ap,ae)T
倾向函数
数控切削CNC加工工时倾向函数最高生产率与最短CNC加工工时是一致的。数控切削CNC加工工时为 t= lw (1+ tct )+t0

vf T
(1)
式中:lw——切削行程(mm)
vf——进给速度(mm/min)
tct——换刀时间(min/次)
T——刀具使用寿命(min/个)
t0——工序辅助时间(min)
车削CNC加工刀具的使用寿命为 T= KTCT

n1/mvf1/nap1/p
(2)

铣削CNC加工刀具的使用寿命为 T= KTCTDq

n1/mvf1/nap1/pae1/uZ1/w
(3)
式中:CT——系数
KT——修正系数
m,n,p,u,w——指数
D——铣刀直径
Z——铣刀齿数
将式(2)、(3)分别带入式(1),可得数控车削CNC加工工时倾向函数为 Mt(X)=Avf-1+Bcvf(1/n-1)n1/map1/p+t0 (4)

数控铣削CNC加工工时倾向函数为 Mt(X)=Avf-1+Bxvf(1/n-1)n1/map1/pae1/u+t0 (5)

式中:A=lw
Bc=(Atct)/(KTCT)
Bx=(AtctZ1/w)(/KTCTDq)
数控切削CNC加工底倾向函数数控切削CNC加工底为 c= lw (c0+ c0tct+ct )+t0c0

vf T
(6)
式中:c0——单位时间生产底(圆/min)c0t——刀具底(圆/个)
将式(2)、(3)分别代入式(6),可得数控车削底倾向函数为 Mc(X)=Evf-1+Fcvf(1/n-1)n1/map1/p+G (7)

数控铣削底倾向函数为 Mc(X)=Evf-1+Fcvf(1/n-1)n1/map1/pae1/u+G (8)
式中:E=c0lw
Fc=lw[ct+c0tct)/(KTCT)]
Fx=[lw(ct+c0tct)Z1/w]/(KTCTDq)
G=c0t0
数控切削CNC加工质料倾向函数
数控切削CNC加工尺寸精度倾向函数
数控切削CNC加工尺寸精度倾向函数为 Mz(X)=d (9)
式中:d——切削力感化下刀具或工件的变形量数控车削CNC加工时: d= 5l3FH

103KEI
数控铣削CNC加工时: d= l3FH

103·3KEI
式中:FH——径向切削力(N)
l——工件支撑或刀具悬臂长度(mm)
K——工件装夹方法系数
I——工件或刀具惯性矩(mm4)
E——工件质料的弹性模量(GPa)
数控切削CNC加工表面质料倾向函数数控切削CNC加工表面质料倾向函数为: MR(X)=Ra (10)

约束条件
策划变量约束条件的一般形式为 gi(X)≤0 (i=1,2,3,…) (11)

数控切削CNC加工过程中的切削力、切削功率、机床主轴扭矩、刀具强度、刀具几何参数、切屑的把握、机床主轴较小转速、机床较小进给速度以及CNC加工余量等圆素构成了手工制作参数优化的约束条件。
3 基于主要倾向法的多倾向优化数学模型
主要倾向法多倾向函数的建立
设有m个优化倾向:M1(X),M2(X),…,Mi(X),…,Mm(X),以第i个倾向Mi(X)为主要倾向,则多倾向优化倾向函数可表示为
M(X)=Mi(X)
且满足约束条件:M1(X)≤M10,…,Mi-1(X)≤Mi-10,Mi+1(X)≤Mi+10,…,Mm(X)≤Mm0;此道M10,…,Mi-10,Mi+10,…,Mm0为各次要倾向允许的较小值。
在数控切削CNC加工中,为了达到最优CNC加工质料,工时和底会显著增加。从数控CNC加工的经济性揣摩,单纯追求CNC加工质料最优显然并不合适,易于 在以工时、底、质料为优化倾向的多倾向优化中,一般将工时或底作为主要倾向,而将质料倾向转化为约束条件。
以CNC加工工时为主要倾向的多倾向优化数学模型
对于以实现最高生产率为鹄的、以CNC加工工时为主要倾向的多倾向优化数学模型,策划变量的向量表示为
X=(n,vf,ap)T

X=(n,vf,ap,ae)T
倾向函数为
M(X)=Mt(X)
且满足约束条件:Mc(X)≤Mc0,MZ(X)≤MZ0,MR(X)≤MR0,gi(X)≤0(i=1,2,3,…);此道Mc0,MZ0,MR0分别为底、尺寸精度、表面质料等次要倾向允许的较小值。
以CNC加工底为主要倾向的多倾向优化数学模型
对于要旨实现CNC加工底最低、以CNC加工底为主要倾向的多倾向优化数学模型,策划变量的向量表示为
X=(n,vf,ap)T

X=(n,vf,ap,ae)T
倾向函数为
M(X)=Mc(X)
且满足约束条件:Mt(X)≤Mt0,MZ(X)≤MZ0,MR(X)≤MR0,gi(X)≤0(iE1,2,3,…);此道Mt0,MZ0,MR0分别为工时、尺寸精度、表面质料等次要倾向允许的较小值。
4 基于线性加权和法的多倾向优化数学模型
线性加权和法多倾向函数的建立
设有m 个优化倾向:M1(X),M2(X),…,Mi(X),…,Mm(X),按照线性加权和法,多倾向优化时的倾向函数可表示为 M(X)= m liMi(X)
S
i=1
式中li为加权系数,反映第i个优化倾向Mi(X)在多倾向优化中的要紧程度。为在各分倾向之间进行合理折衷,加权系数li可细目为
li=1/Mi*
式中M*为以第i个分倾向Mi(X)为倾向函数的单倾向优化的倾向函数值。则多倾向优化的倾向函数为 M(X)= M1(X) + M2(X) +…+ Mi(X)

M1* M2* Mi*
(12)

式(12)反映了各单倾向函数值偏离其最优值的程度以及各单倾向在多倾向优化中的要紧程度。
数控切削CNC加工多倾向优化数学模型的建立
按照线性加权和法,对于以工时、底、质料为优化倾向的数控切削CNC加工手工制作参数多倾向优化数学模型,策划变量的向量表示为
X=(n,vf,ap)T

X=(n,vf,ap,ae)T
倾向函数为 M(X)= Mt(X) + Mc(X) + MZ(X) + MR(X)

Mt* Mc* MZ* MR*
且满足约束条件:gi(X)≤0(i=1,2,3,…)。式中Mt*、Mc*、MZ*、MR*分别为以工时、底、尺寸精度、表面质料为倾向函数时的单倾向优化的倾向函数值。
以工时、底为主要倾向的多倾向优化数学模型的建立
在以最短CNC加工工时和较大CNC加工底为把握倾向的数控切削CNC加工中,手工制作参数的优化应以CNC加工底和CNC加工工时再是作为主要倾向,而以CNC加工质料作为次要倾向。易于 在该多倾向优化数学模型中,策划变量的向量表示为
X=(n,vf,ap)T

X=(n,vf,ap,ae)T
倾向函数为 M(X)= Mt(X) + Mc(X)

Mt* Mc*
且满足约束条件:MZ(X)≤MZ0,MR(X)≤MZ0,gi(X)≤0(i=1,2,3,…);式中Mt*、Mc*分别为以工时、底为倾向函数时单倾向优化的倾向函数值;MZ0、MR0分别为尺寸精度、表面质料等次要倾向允许的较小值。
5 优化算法及计算实例
优化算法
由于数控切削CNC加工的手工制作参数优化数学模型为非线性模型,易于 本文采取应用网格直接寻优的算法进行求解。具体计算步骤见图1。
优化算例


图1 网格法运算流程图

数控车削CNC加工优化算例
在数控车床上CNC加工质料为T10A的工件。CNC加工 技术实现 要旨:工件直径D=100mm;切削行程lw=150mm;CNC加工余量d=1mm;表面粗糙度Ra=1.6μm;尺寸精度0.05mm。生产条件:CNC加工机床:CK7815数控车床;刀具质料:硬质合金;刀具参数:主偏角kr=45°,上角g0=20°,刀尖圆弧半径re=0.8mm;刀具底Ct=15圆;辅助时间t0=1min;换刀时间tct=0.5min;工时底C0=0.1圆/min。手工制作参数优化结果见表1。 表1 数控车削优化算例计算结果 优化结果 以工时为
主要倾向 以底为
主要倾向 工时、底
多倾向
t(min) 1.92 2.47 2.24
c(圆) 0.72 0.61 0.65
n(r/min) 824 542 573
vf(mm/min) 165 103 114.6
ap(mm) 1 1 1

数控铣削CNC加工优化算例
表2 数控铣削优化算例计算结果 优化结果 以工时为
主要倾向 以底为
主要倾向 工时、底
多倾向
t(min) 1.71 2.69 2.36
c(圆) 3.67 2.87 3.04
N(r/min) 1790 788 1182
vf(mm/min) 286.4 118.2 189.2
ap(mm) 1 1 1
aw(mm) 0.32 0.32 0.32
在数控铣床上进行模具型腔曲面CNC加工,工件质料为3Cr2W8V。CNC加工 技术实现 要旨:切削行程lw=200mm;CNC加工余量d=1mm;表面粗糙度Ra=3.2μm;尺寸精度0.10mm。生产条件:CNC加工机床:XK5032A数控铣床;CNC加工刀具:硬质合金球头铣刀(2刃),铣刀直径d=16mm;刀具底Ct=150圆;辅助时间t0=1min;换刀时间tct=0.5min;工时底C0=0.1圆/min。手工制作参数优化结果见表2。
优化结果归纳
以工时为主要倾向进行优化时,n、vf较高,刀具磨损严重,易于 CNC加工底较高;以底为主要倾向进行优化时,刀具磨损较小,n、vf较低,CNC加工工时较多,生产率较低。
以工时、底同为主要倾向进行多倾向优化时,由于在工时、底倾向之间进行了合理折衷,易于 优化结果介于如该 两者之间。
在各倾向优化过程中,为尽可能缩短CNC加工工时、减少CNC加工底,ap和aw主要受到CNC加工余量和表面质料的约束。
6 结语
本文基于数控车削、数控铣削CNC加工手工制作参数优化的数学描述,建立了以工时、底、质料为优化倾向的手工制作参数多倾向优化数学模型。采取应用离散变量网格直接寻优算法,通过优化算例,实现了手工制作参数的多倾向优化。
数控切削CNC加工手工制作参数多倾向优化数学模型的建立,适应了多倾向数控切削CNC加工的要旨,为实现优化数控切削CNC加工过程、获得最佳经济效益供给了理论按照。

 

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