基于GABP和改进NSGA-Ⅱ的高速干切滚齿工艺参数多目标优化决策

针对高速干切滚齿过程中的工艺参数优化决策问题,提出一种基于加工工艺样本预测和多目标遗传优化算法的工艺参数优化决策方法.基于实际加工工艺样本集,以改进的多目标遗传算法(im-proved NSGA-Ⅱ)为主体模型,以最大刀具寿命、最小加工能耗为优化目标,以加工质量、加工时间为约束条件,利用遗传反向传播算法(GABP)神经...     

高速干切滚齿工艺参数的多目标优化与决策方法

为降低高速干切滚齿加工能耗、提高滚齿加工质量,提出一种基于改进多目标灰狼优化（MOGWO）算法和逼近理想解排序法（TOPSIS）的高速干切滚齿工艺参数多目标优化与决策方法。分析了滚齿工艺参数,将切削参数和滚刀参数作为优化变量,构建了面向最小加工能耗和最优加工质量的多目标优化模型,采用改进MOGWO算法对所建的模型进行迭代寻优,利用TOPSIS对优化的工艺参数解进行多属性决策。实验结果验证了所提方法的有效性。      

面向高效节能的数控滚齿加工参数多目标优化模型

数控滚齿加工工艺是应用较为广泛的齿形加工方式,合理的加工参数选择能够显著影响加工过程能耗和加工时间。为降低滚齿加工过程能耗和加工时间,提出一种面向高速干切的高效节能数控滚齿加工参数多目标优化模型。首先,系统地分析了数控滚齿加工过程的能耗特性,建立了数控滚齿加工过程能耗模型;然后,以数控滚齿加工的滚刀转速和轴向进给量为优化变量,建立了以最低能耗和最少加工时间为目标的多目标优化模型,并采用帝国竞争算法对模型进行优化求解;最后,以某车间的齿轮加工过程为应用案例,验证了该模型的有效性和实用性。     

支持少样本的高速滚齿工艺参数优化

针对少量历史加工案例支撑下的工艺参数优化问题,提出一种融合支持向量回归和多目标蜻蜓算法的高速滚齿工艺参数优化方法。建立高速滚齿加工效果评价模型,设定ε-支持向量回归参数:核函数类型、惩罚因子和松弛变量,利用多目标蜻蜓算法生成支持向量回归参数组,利用支持向量回归生成包括主轴转速、进给量在内的工艺参数组,计算包括加工质量、加工时间、加工成本、环境影响在内的目标值,运用多目标蜻蜓算法中的Pareto最优方法寻找非支配解,循环上述过程,满足终止条件得到支持向量回归参数和工艺参数非支配解集,即优化支持向量回归参数组和工艺参数组。通过与实际滚齿加工比较验证了所提方法的可行性,并通过与单独支持向量回归等算法的对比说明了该方法在少样本的情况下具备一定优势。     

基于粒子群算法的滚齿切削参数优化研究

为了在滚齿加工过程中,能够实现滚齿切削参数优化,提高生产效率,本研究提出了一种基于粒子群算法的滚齿切削参数优化研究方法。该研究综合考虑了生产效率、加工成本等重要因素,引入了生产效率和加工成本等目标函数,建立了滚齿切削参数的多目标优化模型,并引入了协调系数,使其多目标优化模型转化为单目标优化模型。通过案例分析,优化得到的加工工艺参数与经验加工参数相比,其生产效率提高了2.44倍,工艺加工成本降低了56.7%。而在较大程度上为车间或企业的滚齿加工提高了生产效率,降低了成本。因此,该研究对于车间或企业的滚齿加工参数的确定与选择起着重要的参考作用。     

基于差异演化算法的滚齿工艺参数优化决策

针对齿轮滚齿加工过程中,工艺参数决策低效的问题,提出一种基于差异演化算法的滚齿工艺参数优化决策方法,首先对滚齿工艺参数种群进行表示及编码;其次制定滚齿工艺参数种群优化学习策略;再次创建基于多源信息:加工质量、加工时间及资源消耗的适应度函数;最后进行基于差异演化算法的滚齿工艺参数优化决策。此方法与基于图论和模糊TOPSIS的高速切削工艺参数优化决策方法相比,综合加工效果更优。     

行星齿轮高速干式滚切工艺参数优化设计

齿轮的高速干式滚切加工工艺参数与常规滚切加工有显著差异,为获取行星齿轮干式滚切加工最优工艺参数组合,提出其工艺参数优化方法。以滚刀转速、机床X轴进给速度和Z轴进给量等参数作为优化变量,选取滚切能耗和时间为优化目标,分析了滚刀转速等优化变量对滚切能耗和时间的影响,建立了协调考虑滚切能耗和时间的多目标优化模型,并建立优化模型的约束条件。应用遗传算法对建立的多元非线性多目标优化模型进行最优解搜索,获取最优工艺参数组合。优化实例和加工实验验证了优化模型和模型求解算法的有效性。     

基于粒子群算法的滚削齿面综合轮廓误差预测模型与试验研究

在配备有自主研发的数控滚齿系统的精密卧式滚齿机上,运用三因素两水平响应曲面法设计滚削试验,研究齿轮滚削加工刀具转速、轴向进给速度、背吃刀量对齿轮齿面轮廓误差的影响规律。根据试验结果,分析得出齿轮齿廓总偏差、齿轮螺旋线总偏差、齿距累计总偏差的预测模型及各工艺影响因素对齿面轮廓误差的作用显著程度,并以三个预测模型的附加权重值之和达到最小值为目标,建立可以评定多目标误差的齿面综合轮廓误差数学模型,运用粒子群优化算法对齿面综合轮廓误差数学模型进行分析优化,寻找最佳滚齿加工工艺参数。试验表明,采用粒子群优化算法对响应曲面法建立的齿面综合轮廓误差数学模型进行优化可以作为滚削加工前的工艺参数选取方案。     

齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型及应用系统开发

齿轮滚切工艺是应用最广泛的齿部成形加工工艺,高速干切工艺的出现和逐步成熟为齿轮滚切实现绿色环保加工以及高效自动化生产提供了技术条件。但由于高速干切工艺切削速度高且缺少切削油/液的冷却润滑,因而工艺参数对机床热变形误差、刀具寿命和工件质量等影响很大,需要开展深入研究。以自动化加工效率、齿轮单件成本为目标,工件材料、刀具涂层以及切削速度、进给量和滚刀顶刃最大切屑厚度等因素为变量,建立一种齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型。通过数据分析和试验验证,基于工件材料的抗拉强度,得出齿轮高速干切滚齿工艺切削速度和滚刀顶刃最大切屑厚度推荐值;同时,为实现模型在齿轮自动化生产线上的应用,建立了高速干切滚齿工艺参数在机自适应优化修正模型,并基于西门子840D数控系统开发了高速干切滚齿工艺参数优化支持系统。该系统在某轿车齿轮自动生产线的生产实践中得到应用,取得了良好的效果。     

基于金豺狼优化算法的数控切削参数优化

为提高加工效率、降低生产成本，提出了基于金豺狼优化算法(GJO)的数控切削参数优化新方法。以切削速度和进给量为待优化切削参数，施加功率、切削力、进给量、粗糙度等约束，建立以最大生产率及最低生产成本为目标的优化数学模型。介绍了GJO算法主要原理，给出了方法流程。以复杂曲面且微小滚齿加工为实例，利用GJO对切削参数优化数学模型进行求解，得到最优切削速度和进给量。结果表明：与其余3种方法相比，所提方法的滚齿加工总工时缩短约8%～29%、表面粗糙度降低约0.04μm～0.15μm,加工质量和效率均得到提升。     

基于成组技术和标准模板的滚齿CNC自动编程

针对滚齿数控加工的自动编程问题,提出一种基于成组技术和标准模板的滚齿CNC自动编程方法。利用成组技术原理,根据齿轮的几何特征和工艺特征的相似性对齿轮工件进行分类,利用每类齿轮单元的滚削数学模型,在工艺决策知识库支撑下确定出滚齿加工的工艺参数;根据滚削数控代码结构的相似性,运用字面相似度算法建立滚齿加工参数化控制标准模块库,组建每类齿轮单元的NC参数化代码模板,并运用表达式驱动算法完成对代码模板的实例化,自动生成NC代码,实现了滚齿加工的模块化、参数化数控程序设计。开发了基于西门子840D数控系统的滚齿自动编程系统,在某型号滚齿机上的应用表明该方法的编程效率高、算法可靠性强。     

面向切屑形成过程的瞬时滚削力模型研究

建立滚齿加工的时变滚削力模型是优化滚齿加工工艺参数、减少滚削力波动、提高加工精度的前提,面向滚齿切屑形成过程建立时变滚削力模型是提高建模精度的最直接的物理方法。针对干切滚齿的切屑形成过程,建立滚刀前刀面运动模型,利用MATLAB生成刀齿运动轨迹的动态链接库。基于SolidWorks进行三维布尔运算,提取未变形切屑几何特征,开发切屑几何模型动态链接库。通过C#调用MATLAB和SolidWorks动态链接库,实现三维运动仿真,进而构建多齿瞬时滚削力模型。通过YK3216CNC滚齿机进行样件加工,结合HNC-SSTT软件进行全行程电流检测,间接测量瞬时滚削力。仿真加工的瞬时滚削力与实测滚削力变化趋势基本一致,表明该模型合理、有效。     

蜗杆砂轮磨齿加工参数优化

以蜗杆砂轮磨削加工20CrMnTi齿轮为研究对象,选择均匀设计试验法,研究磨削参数（砂轮线速度vs、砂轮沿齿轮轴向进给速度vw、磨削厚度ap）对齿面粗糙度的影响。采用二级逐步回归方法建立磨削参数与齿面粗糙度的回归模型,构建了以加工效率、齿面粗糙度为多目标的优化模型,采用粒子群优化算法对磨削参数进行了优化。试验结果表明,使用优化后的磨削参数加工可以提高加工效率、减小齿面粗糙度。     

滚齿加工过程碳排放定量计算模型及其优化方法

针对滚齿加工过程中的碳排放定量计算问题,提出了一种滚齿加工过程碳排放定量计算模型及其优化方法。对滚齿加工过程中的物料、能源消耗和碳排放特性进行定量分析,以零件和零件加工时间为单位对各类碳排放量进行分摊,完成批量生产中对单个齿轮碳排放的定量计算;建立以完工时间和加工质量等为约束,以滚齿加工的主轴转速和进给量为优化变量,以碳排放量和加工成本为优化目标的多目标优化模型;采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)进行优化求解,旨在碳排放量得到较大改善的同时可以降低加工成本,通过仿真计算验证了定量计算模型及优化方法的可行性。     

谐波齿轮大变位柔轮滚齿成形机理及误差分析

文中基于滚齿仿真计算研究大变位齿轮成形机理,分析柔轮齿面理论加工误差值及产生原因,为滚齿工艺参数选择提供指导,以改善大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数化方程,并结合滚齿参数及滚齿时滚刀和工件相互运动关系建立变位齿轮滚切成形数学模型,基于滚齿多刃切削成形特征建立齿面理论加工误差评价模型进行滚齿加工误差仿真计算,还进行了滚齿加工试验验证仿真计算的正确性。对大变位柔轮滚齿成形过程及产生的齿面拓扑误差、齿形和齿向误差进行仿真计算发现：增大滚刀长度可有效减小因齿顶处切削不足而产生的加工误差,计算得到完全切削的滚刀最小长度;减小滚刀轴向进给量可显著减小齿面误差,计算得出齿向误差最大值与滚刀轴向进给量的关系曲线。     

面向重型数控机床的加工工艺参数优化方法

为提高重型数控机床的加工质量与效率,提出一种基于数值模拟与优化算法相结合的加工工艺参数优化方法。通过为重型数控机床的加工过程所构造的非线性动力学模型,建立加工工艺参数与加工表面粗糙度的映射关系,以加工工艺参数组合为决策变量,以加工表面粗糙度和加工尺寸精度等为目标函数,建立重型数控机床加工工艺参数多目标数学优化模型,并采用网格直接寻优算法对数学优化模型进行寻优求解,最终得到重型数控机床的最优加工工艺参数组合。以某重型数控机床的铣削加工过程为例进行实例验证,并通过对比单目标优化结果验证了该多目标优化方法的优越性。     

高速干切滚齿机床能耗分布特性及其预测模型

针对高速干切滚齿机床的能耗优化问题,对变工艺参数下的机床能耗分布特性及其预测模型进行了研究.首先,以机床能耗元件为研究对象,建立了高速干切滚齿机床功率模型;然后,基于机床电路分布原理,通过滚齿实验对所建模型进行了分析验证,揭示了变工艺参数与机床不同部位的功率和能耗之间的关系;最后,构建了高速干切滚齿机床能耗预测模型.     

基于田口法和响应面法的数控铣削工艺参数能效优化方法

为研究机床能量效率与工艺参数耦合的复杂机理,提出一种基于田口法和响应面法的数控铣削工艺参数能效优化方法。分析加工过程中的能耗特性,建立了数控铣削加工能量效率函数。基于田口法规划优化实验,并基于响应面法建立工艺参数与比能和加工时间的回归方程,构建了以铣削加工工艺参数为变量、以高能效和高效率为优化目标的多目标优化模型。使用多目标粒子群优化算法对该模型进行求解,并通过实验数据和算法优化结果分析了加工过程中工艺参数与比能及加工时间的关联关系。     

基于离散粒子群算法的复杂曲面微小零件切削参数优化研究

采用常规方法计算零件切削参数优化目标函数和约束条件时,忽略了生产效率和粗糙度两个变量,导致优化参数作用下的零件加工表面粗糙度较大和加工总工时较长。为提高生产效率和降低生产成本,提出了基于离散粒子群算法的复杂曲面微小零件切削参数优化方法,选择切削速度和进给量作为待优化切削参数,确定参数优化目标方向,对微小零件加工的功率、切削力、进给量及粗糙度等进行约束,利用粒子群算法求解优化目标和约束条件组成的数学模型,得到切削速度和进给量最优解。选择微小齿轮毛坯、铣刀及机床进行滚齿加工的对比实验,并采用设计方法和常规方法获取不同切削深度下的切削参数优化值。结果表明,设计方法减小了齿轮加工表面粗糙度,缩短了齿轮加工总工时,提高了滚齿表面质量和生产效率。     

高效高质量铣削参数多目标优化方法研究

机床的切削参数决定着机床加工的质量及加工效率,传统的切削参数选择方法基于工人经验,很难实现加工质量与效率的最优。针对以上问题,提出了一种面向高效、高质量加工的数控机床铣削参数多目标优化算法。算法以铣削四要素(切削速度、每齿进给量、切削深度和切削宽度)为优化变量,以最小切削力和最大材料去除率为优化目标;采用基于Tent映射的混沌初始化多目标粒子群优化模型进行参数优化,采用优化前后不同参数组合构建四因素四水平的正交实验,以表面粗糙度值作为加工质量主要表征,比较优化前后参数组合的实验结果。结果验证了优化方法和优化模型的有效性。