外圆磨削参数优化模型及其应用

磨削加工工艺成本很高,磨削用量的选择意义重大。分析磨削用量及其对加工精度和生产率的影响,针对外圆磨削用量的选择,建立了以磨削多工序成本组成的工艺成本最低为目标的磨削参数优化模型。该模型以表面粗糙度、磨削工件刚度、磨床功率、磨床参数、磨削余量作为约束条件,以磨削余量、纵向进给量、横向进给量3个磨削参数为优化变量。以某型号电机轴为应用案例,运用MATLAB语言对其磨削参数进行了优化求解,与根据磨削手册和经验选择的磨削参数进行比较表明:优化后的外圆磨削工艺成本可降低近18%,从而验证了模型的有效性。     

薄壁铝合金高速铣削工艺寻优及模拟仿真

本文详细讨论了薄壁零件的加工技术.首先,以CAXA软件为技术平台,自动生成零件的刀具路径,并进行了模拟仿真加工;针对薄壁零件刚性差、强度弱、加工工艺性差、易发生加工变形和切削振动等情况,决定采用高速加工技术.通过对机床、刀具、工件以及切削参数等进行全面分析,采用了刚度大的高速切削机床,并选择了合适的切削刀具.通过改变工件装夹方式,优化编程策略和合理选用切削用量,实现了薄壁零件的高速干式切削.     

高效节能毛坯尺寸优化研究

毛坯尺寸确定不仅是机械加工工艺编制及工序确定的基础和前提,更是切削参数确定的必要条件。为实现机械加工高效节能,研究面向高效节能的毛坯尺寸优化选择。依据加工设备情况及加工要求,以被吃刀量、切削速度和进给量为变量,毛坯加工时间最短和加工能耗最低为目标的多目标模型。运用NSGA-II算法对具体工件加工参数进行优化,并分析结果。传统毛坯尺寸选择主要考虑保证加工要求,文章在设计阶段通过对毛坯尺寸对能耗影响分析,优化选择毛坯尺寸可以节约能耗、提高加工效率。     

基于CAE和神经网络的切削参数优化

提出了一种以变形加工误差为约束的基于有限元分析和神经网络的切削参数优化方法.针对复杂工件夹具系统在切削过程中的变形问题进行有限元刚度计算,然后通过神经网络的方法拟合切削参数和工件夹具系统变形误差之间的关系.并以加工生产效率最大化为目标,在保证加工精度的前提下优化切削参数.从而实现以工艺成本最小化来提高零件的加工精度.     

基于灰铸铁钻削过程的机床能耗分析

以机床钻削加工工艺为研究对象,对钻削加工时机床的各种运行状态功率、切削比能耗及机床有效加工能效进行了分析。研究表明:空载运行功率占据了机床总切削功率的绝大部分,且空载运行功率及切削加工功率与工艺参数有关,但空载运行功率的变化趋势很小;切削比能耗随刀具直径、进给量及切削速度的增加而减小;机床有效加工能效随刀具直径、进给量及切削速度的增加而变大。在实际生产钻削加工铸铁时,在保证加工质量的前提下,选择较大的进给量和切削速度更有利于节能降耗,同时也能提高机床有效加工能效。     

铣削加工颤振稳定域影响参数研究及优化

建立圆柱形铣刀铣削加工动态切削数学模型,采用一种解析法计算并绘制稳定域图,获取加工稳定性随工艺参数变化的规律。分析系统参数对铣削加工颤振稳定特性的影响,提高固有频率、增大系统刚度和阻尼有助于提高系统加工稳定性。基于动态变化的稳定域图及共振功率半频带频率,提出一种铣削稳定性约束下铣削参数优化模型,获取最大加工效率下的主轴转速、径向进给量及轴向进给量参数的最优值。开发铣削稳定性分析仿真软件,实现铣削颤振稳定域分析、共振区域分析、铣削参数优化等功能。将复杂设计分析过程工程实用化,具有工程应用价值。该方法同样可推广到磨削、车削的颤振分析。     

细长轴车削表面粗糙度实验与分析

为了明确加工状态及切削参数对细长轴类零件切削表面粗糙度的影响规律，通过刀具切削刃与工件表面形貌的几何映射关系，推导轴向截面的轮廓曲线方程，得出不同切削参数下的理论表面粗糙度值；对比分析不同加工状态、切削参数下细长轴切削表面粗糙度数据。结果表明：稳定切削时，细长轴工件的振动以主轴转频及其倍频为主，加工表面粗糙度受进给量影响最大，粗糙度随进给量的增大而增大，工件刚度较大时理论粗糙度与实测结果误差较小；当颤振发生时，工件振动信号中出现与其固有频率接近的高频振动成分，此时粗糙度理论预测结果与实测结果误差较大。理论模型中应充分融合工艺系统的振动信息，可进一步提高预测模型的精度与适用范围。     

单位生产成本与加工精度的多工序车削优化

切削参数优化对于加工质量、生产效率、加工成本、产品利润具有非常重要的意义.数控加工过程中,单位生产成本和加工精度很大程度上决定了零件加工成本的高低和加工质量的好坏.建立以单位生产成本与加工精度为双目标的多工序车削优化模型进行切削参数优化选择十分必要.多工序车削模型同时充分考虑了粗精的刀具耐用度、切削功率、切削进给力、稳定切削区域、刀具表面切削温度及精车表面粗糙度等实际约束条件.运用高斯变异和多项式变异的NSGA-Ⅱ算法对多工序车削模型进行比较优化计算,优化实例表明多项式变异的NSGA-Ⅱ算法获得了更好的加工精度、单位生产成本的Pareto最优解集以及相应的粗精切削参数.用多项式变异的NSGA-Ⅱ算法得到的优化粗精切削参数进行切削试验,得到与NSGA-Ⅱ算法优化的加工精度、单位生产成本基本相符,为多工序车削切削参数优化提供了实践指导.     

NSGA-II与MOPSO算法的多工序车削节能优化比较分析

在实际加工约束条件下,建立以表面粗糙度和能量消耗为目标的多工序车削优化模型的切削参数优化选择十分必要。运用NSGA-II算法和MOPSO算法对多工序车削模型进行优化比较。优化实例表明:NSGA-II算法能够获得了比MOPSO算法更优的表面粗糙度、能量消耗的Pareto最优解集以及相应的粗、精切削参数,为多工序车削参数优化选择提供了依据。     

面向绿色高表面质量制造的硬态车削工艺多目标参数优化

目的 为了进行硬态车削绿色制造与工艺性能协同优化研究,提出一种同时考虑碳排放量和表面粗糙度的多目标优化方法。方法 首先,通过分析硬态车削过程中切削参数、工件材料、刀具材料等因素对切削功率的影响建立碳排放目标函数,针对工件的表面粗糙度受到切削条件、工件材料、刀具材料等诸多因素的影响,利用正交试验和广义回归神经网络建立轴承硬态车削表面粗糙度目标函数。然后,考虑加工过程中机床特性和硬车实际工况等约束条件,建立以切削参数为优化变量,以碳排放量和表面粗糙度为优化目标的多目标优化模型,引入权重系数将其转化为单目标优化模型。最后,利用遗传算法对优化模型进行优化求解,深入分析切削参数对优化目标的影响。结果 在工厂实际轴承产品硬车试验中验证了优化模型的有效性,结果表明,切削速度为225 m/min、进给量为0.08 mm/r、背吃刀量为0.10 mm时,碳排放量和表面粗糙度的综合优化指标最低。相比优化前,虽然碳排放量上升了13.05%,但表面质量提升了34.44%。结论 研究结果对面向绿色制造的轴承硬车工艺参数优化提供理论方法有重要意义。     

新型微坑车刀切削AISI4140残余应力影响因素分析研究

为了探究切削用量对新型微坑车刀切削工件表面残余应力的影响规律,应用AdvantEdge切削仿真软件,结合单因素和正交实验,通过微坑车刀和原车刀切削AISI_4140仿真及实验验证。结果表明,原车刀和微坑车刀残余拉应力随切削速度增大,先增大后减小,随进给量的增大而减小,总体上,微坑车刀切削工件残余拉应力更小。残余压应力随切削速度增大,微坑车刀切削工件先增大后减小,随进给量增大先增大后减小。原车刀几乎不变。切削用量对微坑车刀切削工件残余应力影响,进给量最大,切削速度次之,切削深度最小。通过实验验证,相同切削条件下,微坑车刀降低了加工工件表面残余拉应力,提高了加工工件表面质量,一定程度提高了工件的服役寿命。     

Statistical analysis of surface roughness and cutting forces using response surface methodology in hard turning of AISI 52100 bearing steel with CBN tool

The present work concerns an experimental study of hard turning with CBN tool of AISI 52100 bearing steel, hardened at 64 HRC. The main objectives are firstly focused on delimiting the hard turning domain and investigating tool wear and forces behaviour evolution versus variations of workpiece hardness and cutting speed. Secondly, the relationship between cutting parameters (cutting speed, feed rate and depth of cut) and machining output variables (surface roughness, cutting forces) through the response surface methodology (RSM) are analysed and modeled. The combined effects of the cutting parameters on machining output variables are investigated while employing the analysis of variance (ANOVA). The quadratic model of RSM associated with response optimization technique and composite desirability was used to find optimum values of machining parameters with respect to objectives (surface roughness and cutting force values). Results show how much surface roughness is mainly influenced by feed rate and cutting speed. Also, it is underlined that the thrust force is the highest of cutting force components, and it is highly sensitive to workpiece hardness, negative rake angle and tool wear evolution. Finally, the depth of cut exhibits maximum influence on cutting forces as compared to the feed rate and cutting speed.     

基于响应曲面法的钛合金干式车削工艺参数优化

为了提高钛合金干式车削加工质量,采用响应曲面法对主要车削工艺参数进行了优化,以工件表面粗糙度Ra和刀具磨损量VC作为评价指标,设计了切削速度、背吃刀量和进给量三因素的Box-Behnken实验模型。利用方差和拟合残差概率分布分析三因素的显著性及交互作用,并结合实验检验所建表面粗糙度和刀具磨损二阶响应预测模型的有效性。响应曲面法优化后的最佳工艺参数为:切削速度20 m/min、背吃刀量0.1788 mm、进给量0.1 mm/r,此时得到的表面粗糙度和刀具磨损量为1.031μm和155.6μm,与预测值的误差分别为:9.93%和1.58%。结果表明:基于响应曲面法的钛合金干式车削表面粗糙度和刀具磨损量预测模型准确有效。     

基于ABAQUS有限元仿真的硬质合金刀具磨损机制研究

钛合金在切削过程中会产生严重的加工硬化现象,导致切削性下降、刀具磨损加剧,直接影响工件的加工质量.为研究钛合金切削性能和刀具磨损机制,利用ABAQUS软件建立了钛合金的有限元模型,对其切削过程进行仿真分析,研究硬质合金刀具磨损机制;设计Ti6Al4V钛合金车削实验,研究不同加工参数对刀具磨损程度的影响规律.研究结果表明...     

微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷的磨削力和表面粗糙度特征

在不同磨削深度、砂轮转速和进给速度组合下,研究微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷过程的磨削力及工件的表面粗糙度的变化规律,并筛选出低磨削力和低工件表面粗糙度的加工工艺参数。试验结果表明:在微粉金刚石钎焊砂轮的磨削过程中,氧化铝陶瓷主要通过脆性断裂的方式去除;随着磨削深度、进给速度的增加,砂轮在进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都上升;随着砂轮转速的增加,进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都下降。试验获得的低磨削力和低工件表面粗糙度精密加工工艺参数分别为:磨削深度为1.0 μm,进给速度为12 mm/min,砂轮转速为24 000 r/min和磨削深度为1.0 μm,进给速度为1 mm/min,砂轮转速为20 000 r/min。低磨削力磨削时,微粉金刚石钎焊砂轮受到的X方向和Z方向的磨削力分别为0.15 N和0.72 N;精密加工后的氧化铝陶瓷的表面粗糙度值可达0.438 μm。      

Cutting conditions for finish turning process aiming: the use of dry cutting

To avoid the use of cutting fluids in machining operations is one goal that has been searched for by many people in industrial companies, due to ecological and human health problems caused by the cutting fluid. However, cutting fluids still provide a longer tool life for many machining operations. This is the case of the turning operation of steel using coated carbide inserts. Therefore, the objective of this work is to find cutting conditions more suitable for dry cutting, i.e., conditions which make tool life in dry cutting, closer to that obtained with cutting with fluid, without damaging the workpiece surface roughness and without increasing cutting power consumed by the process. To reach these goals several finish turning experiments were carried out, varying cutting speed, feed and tool nose radius, with and without the use of cutting fluid. The main conclusion of this work was that to remove the fluid from a finish turning process, without harming tool life and cutting time and improving surface roughness and power consumed, it is necessary to increase feed and tool nose radius and decrease cutting speed.     

基于灰色关联理论的空冷辅助车削钛合金端面的工艺参数优化

以TC4钛合金棒料为试验对象,以数控车床作为试验平台,对空冷辅助车削钛合金端面的切削速度、背吃刀量、进给量等主要工艺参数进行正交试验研究。采用灰色关联分析法,对工件表面粗糙度、刀具磨损量以及工件表面硬度等工艺目标进行综合评价,使多工艺目标转化为单一考察指标,得到了最佳的工艺优化组合方案,并提高了试验效率。研究结果证明:用灰色关联分析法优化后的工艺参数能够有效降低工件表面粗糙度,减少刀具磨损,使工件硬度更符合切削要求。     

Statistical analysis of the effects of machining parameters and workpiece hardness on the surface finish of machined medium carbon steel

The objective of this study is to ascertain the effect of machining parameters and workpiece hardness on surface roughness of machined components and to develop a better understanding of the effect of process parameters on the machined surface. Such an understanding can provide insight into the problems of controlling the finish of machined surfaces when the process parameters are adjusted to obtain a certain surface finish. The collected data were analyzed using parametric analyses of variance (ANOVA) with surface finish as the dependent variable and hardness of the workpiece material, cutting tool position from the surface of the clamping device (chuck), depth of cut, cutting velocity, and cutting feed as independent variables. The results showed that surface roughness is significantly affected by the workpiece hardness, cutting feed, cutting speed, depth of cut, cutting tool position from the chuck, and their interactions with each other. The results suggest that feed rate and cutting speed can be adjusted to produce a certain surface finish when the position of the cutting tool from the surface of a clamping device or the hardness of the workpiece is changed.