基于加工位置不确定的多工步数控铣削工艺参数优化研究*

针对铣削稳定性评价指标极限切削深度随加工位置改变而变化,导致铣削工艺参数优化模型中稳定性约束具有不确定性问题,结合不同加工位置刀具频响函数和切削稳定性理论,建立加工空间极限切削深度广义回归神经网络(GRNN)预测模型,基于该GRNN模型完善铣削稳定性约束条件,进而构建以机床各运动部件位移与粗/精加工切削参数为变量,以粗/精加工总切削时间为目标的多工步数控平面铣削工艺参数优化模型,采用粒子群算法(PSO)求解该优化模型。以某企业加工中心展开实例研究,获取机床加工位置和粗/精加工主轴转速、切削深度、切削宽度、每齿进给量的优化配置,优化后粗/精加工总切削时间比优化前缩短22.47%,并通过该配置下的无颤振铣削加工验证了优化模型的有效性。     

基于切削稳定性与表面质量约束的 铣削工艺参数优化研究

铣削工艺系统的动态特性随着刀具夹持长度改变而变化,影响关联的铣削稳定性与加工表面质量,进而导致铣削加工 的工艺规划具有不确定性。 针对此问题,本文综合刀具悬伸量与传统铣削用量作为输入,分别建立极限切削深度与表面粗糙度 的反向传播神经网络模型(BPNN),并进一步以其表达铣削稳定性与加工质量约束,构建以刀具悬伸量和粗/ 精加工阶段铣削 用量为优化变量,以粗/ 精铣总加工时间为目标的铣削工艺参数优化模型,采用麻雀搜索算法( SSA)对模型进行寻优求解。 以 某型数控机床的夹具型腔铣削加工为例,采用刀具悬伸量与各阶段铣削用量的优化配置进行加工实验,总切削时间 12. 577 min 与表面粗糙度值 3. 01 μm 验证了优化模型的可行性和有效性。     

基于遗传算法的数控铣床切削参数优化

数控机床是典型的机械制造工艺设备和工作母机,其在加工过程中会消耗大量能量,随着能源短缺问题日益突出,数控机床的能耗问题已成为当前国际关注的热点。主要对数控铣床的铣削参数进行了优化,提出了基于遗传算法的切削参数优化方法,该方法以数控铣床能耗和成本为优化目标函数,通过数控铣床技术参数确定约束条件,采用回归分析法获取铣削力参数,最后利用遗传算法对参数模型进行优化求解,并进行实验验证,实验结果表明优化后的切削参数可以满足切削要求,并达到了降低切削能耗的目的。     

切削参数对粗精铣合体刀具铣削加工表面质量的影响

采用硬质合金刀具,通过单因素实验对铸铝材料的表面铣削加工过程进行研究,获得最佳的切削参数,提高加工表面质量。实验以粗精铣一次完成工艺代替粗加工—精加工分步完成的加工工艺,研究粗精铣合体刀具加工中最佳的切削参数组合。实验结果表明,对于铸铝零件,切削加工的最佳切削参数组合为:切削速度v=3000r/min、进给量f=1000mm/min、背吃刀量a p=0.3mm。通过比较不同工艺下切削参数与表面质量之间的关系,得出在相同表面质量的要求下,粗精铣合体刀具在铣削过程可简化加工工艺,缩短加工时间。     

基于MasterCAM的刀具路径区域控制探讨

模具零件因其复杂的空间形面和形面特征而广泛采用数控加工方式。以常见的凹槽模具为例,基于MasterCAM对其数控加工过程进行了分析和参数设定。运用不同铣削方法完成了粗、精加工程序的编制与仿真,分析比较了典型的粗、精加工组合方式的加工质量和加工时间,确定了合理、高效的铣削方法,旨在探索一种优质、高效的数控加工方法,保证加工精度和质量、缩短产品生产周期、降低加工成本。     

碳效率目标下的铣削切削参数优化研究

为了提高数控铣削加工过程的能量利用率,降低铣削加工过程中的碳排放量,基于铣削加工能耗分析的基础,建立了数控铣床能耗模型,并基于铣削工艺输入输出特性提出了铣削工艺碳排放评估函数,结合材料去除率提出碳效率概念,以此作为优化目标,并以机床主轴转速和进给量作为优化变量,考虑机床各项性能参数和工件的加工质量等约束,建立了基于碳效率的数控铣削切削参数优化模型,并通过案例,采用遗传算法对模型进行优化求解,验证了该模型的有效性。     

XK713数控铣床加工工件能耗预测方法研究

为实现制造业向能源节约型增长方式的转变,运用数控铣床模拟加工能耗预测技术为铣削加工过程中能源的精细管理提供支持,针对数控铣床加工工件能耗消耗预测问题,分析了数控铣床耗能元件,结合数控铣床各耗能元件的能耗特征将其分为负载有关与负载无关两类,建立了数控铣床加工工件的能耗预测模型。通过CAM软件模拟铣削加工过程,自动生成NC代码并解析各耗能元件的运行状态参数信息,提出了解析NC代码预测数控铣床铣削加工能耗的方法。最后,通过一个具体铣削加工实例将预测加工能耗与实际加工能耗进行对比,验证了该数控铣床加工工件能耗预测方法的有效性。     

华中数控宏程序在铣削凸双椭圆曲面中的应用

针对凸双椭圆曲面的铣削加工,按粗、精加工设计走刀路线,分别建立编程所需数学模型,具体计算椭圆轮廓的离心角增量值,编写出华中数控铣削宏程序,并利用宇龙数控仿真软件进行刀轨验证,最后在TVCL600立式铣床上完成工件加工,实验结果表明:凸双椭圆曲面加工精度能满足要求,铣削效率高,数控铣削宏程序正确简练。     

一种考虑工件材料表面硬度的铣床功率模型

为了降低车间加工能耗、提高制造过程能量效率,建立了铣床待机状态、辅助状态、空载状态、切削状态下的功率模型。针对铣床切削功率,提出一种考虑材料硬度和主轴转速对材料去除功率影响的切削功率改进模型,对同一机床铣削多种工件材料情况的能耗进行评估,从而在一定程度上扩展现有铣削功率模型的适用范围。针对被测试机床润滑冷却系统工作特性导致待机功率存在间歇变化,提出一种分段函数式待机功率表达模型,相比现有常数式待机功率模型,该模型能够更好地反映机床待机功率情况;经实验研究和实例验证,所提改进功率建模方法及其模型具有良好的平面铣削加工能耗预测准确性。     

压铸模型腔曲面铣削表面粗糙度GA-ELM预测

应用球头铣刀对压铸模具型腔曲面铣削精加工前,通过预测其表面粗糙度,可以辅助工艺人员合理配置铣削工艺参数组合。依托GA算法强大的全局寻优能力,优化ELM固有缺陷,建立遗传算法-极限学习机(GA-ELM)模型,并应用该模型预测压铸模型腔曲面铣削精加工表面粗糙度。训练本模型需要选定输入参数及输出参数,选定输出参数为表面粗糙度,输入参数选定为与之相关的铣削工艺参数,通过可变轴精加工铣削实验获得训练集和测试集数据样本,并将本模型预测结果与其他模型对比,对比模型选择未优化的ELM模型及GA-BP模型,对比结果验证了本模型的优越性。最后,再次通过可变轴精加工铣削实验验证本模型预测结果的可靠性,并基于MatLab环境开发可视化的表面粗糙度预测系统。结果表明:本模型相比ELM模型及GA-BP模型,在铣削精加工表面粗糙度预测方面,预测精度及效率优势明显。     

航空钛合金结构件铣削刀具性能模糊综合评判

目前国内航空制造业对钛合金铣削刀具的选择仍缺少系统的评价方法,往往造成实际加工过程中刀具成本增加、加工质量不稳定、加工效率低下等问题。为此,根据航空钛合金结构件的工艺特点,应用模糊数学理论构建了面向航空钛合金结构件粗精加工的铣削刀具性能的模糊综合评判模型;设计了考虑航空钛合金结构件典型难加工特征的基准件,制定相应的加工工艺并进行铣削加工试验;最后应用所构建的模糊综合评判模型进行了刀具性能评判。结果表明,所构建的模糊综合评判模型可以快捷、有效地评判刀具性能,为航空钛合金结构件铣削刀具的合理选择与刀具性能的综合评判提供了一条新途径。     

车间生产过程的能量足迹建模与加工参数协同优化

为降低零件加工过程的生产能耗,提出一种面向节能的车间生产过程多装备加工参数协同优化方法。以包含机床与机器人的定制化生产车间为研究对象,建立了考虑刀具退化动态过程的生产车间系统能量足迹模型。考虑刀具寿命、机器人运输平稳性的成本指标函数,建立了多装备系统的加工参数协同多目标优化模型。以加工时间为约束条件,使用蜂群算法获取了最优参数。实验表明,以节能目标为主的优化方案可降低机床加工能耗17.97%,降低机器人运输能耗18.13%。     

Multi-criteria end milling parameters optimization of AISI D2 steel using genetic algorithm

This paper focuses on using multi-criteria optimization approach in the end milling machining process of AISI D2 steel. It aims to minimize the cost caused by a poor surface roughness and the electrical energy consumption during machining. A multi-objective cost function was derived based on the energy consumption during machining, and the extra machining needed to improve the surface finish. Three machining parameters have been used to derive the cost function: feed, speed, and depth of cut. Regression analysis was used to model the surface roughness and energy consumption, and the cost function was optimized using a genetic algorithm. The optimal solutions for the feed and speed are found and presented in graphs as functions of extra machining and electrical energy cost. Machine operators can use these graphs to run the milling process under optimal conditions. It is found that the optimal values of the feed and speed decrease as the cost of extra machining increases and the optimal machining condition is achieved at a low value of depth of cut. The multi-criteria optimization approach can be applied to investigate the optimal machining parameters of conventional manufacturing processes such as turning, drilling, grinding, and advanced manufacturing processes such as electrical discharge machining.     

自由曲面零件余量加工算法

从提高产品加工效率出发,提出并实现了三维自由曲面零件余量加工方法。该方法大大地缩短了粗加工时间,而且留给半精加工和精加工的余量较少,从而使得零件加工整个过程的总效率提高。实践表明,算法稳定、可靠,具有很好的工程应用价值。     

面向清洁生产的磨削工艺方案多层多目标优化模型及应用

为了实现磨削过程的节能减排,提出了一种面向清洁生产的磨削工艺方案多层多目标优化模型。从清洁生产“三流（物料流、能量流、环境排放流）”的角度建立了面向清洁生产的磨削能耗与碳排放模型。从工艺路线和工序工艺参数层建立了以磨削能耗、磨削碳排放和磨削时间为目标的多层多目标优化模型,采用基于层次分析法和客观赋权法(CRITIC)法组合赋权的改进遗传算法进行优化求解。以某轴承套圈为研究对象进行磨削工艺实验,结果表明：通过算法优化得到的加工方案相较于传统的加工方案,在工艺层面节约了6.48%的加工时间、降低了42.81%的能耗、减少了8.26%的碳排放;在工序层面缩短了25%的磨削时间、降低了18.84%的能耗、减少了8.69%的碳排放。结果验证了模型和方法的有效性。最后依据上述研究结果提出了相应的节能减排策略。     

基于工艺参数响应曲面的干式铣削机床能效分析

针对干式切削加工能耗相对较高的问题,通过对数控铣床干切削加工过程的实时功率进行数据采集,采用响应曲面方法描述和分析了数控铣削加工各主要工艺参数与单位切削能耗和机床能效之间的定量关系。通过工艺参数对单位切削能耗和单位机床能耗的响应曲面及降维平面进行了分析,结果表明,增大工艺参数和材料去除率对于提升机床能效具有积极作用。此外,降低机床基础能耗占比、提高切削能耗占比,能有效提高干式切削机床能效。     

基于UG的多头蜗杆铣削

蜗杆的加工品质直接影响其传动精度,阐述UGCAM环境下蜗杆螺旋槽部分的铣削流程,粗加工采用曲面驱动方式、精加工采用流线驱动方式。相对于传统加工方式,此加工方式更灵活、适用范围更广泛。     

Towards the effective tool wear control in micro-EDM milling

The electrode wear in micro-electrical discharge milling (micro-EDM milling) is one of the main problems to be solved in order to improve machining accuracy. This paper presents an investigation on wear and material removal in micro-EDM milling for selected process parameter combinations typical of rough and finish machining of micro-features in steel. The experiments were performed on state-of-the-art micro-EDM equipment. Based on discharge counting and volume measurements, electrode wear per discharge and material removal per discharge were measured for several energy levels. The influence of the accuracy of volume measurements on the electrode wear per discharge and on the material removal per discharge are discussed, and the issues limiting the applicability of real time wear sensing in micro-EDM milling are presented.     

基于Cimatron的复杂曲面数控加工研究

基于Cimatron软件CAD/CAM集成环境,通过对加工工艺的分析比较得出对平缓型曲面可以用“WCUT”进行粗、精加工,对凹凸型曲面先用“WCUT”进行粗加工,再用“SRFPKT”进行精加工,给出了一种加工效率高、成型质量好的数控加工方法。以实例对其进行分析,并给出了数控加工模拟效果图,证明该方法既可提高加工效率,又可获得较好的表面加工质量。     

基于奇异避免的薄壁件镜像铣削加工路径优化

在双五轴镜像铣削加工中,由于旋转轴运动突变带来的奇异问题,导致薄壁件表面加工质量以及加工效率降低。在分析奇异问题产生原因的基础上,提出一种奇异区域加工路径优化的方法。基于C-空间的概念,在奇异区域边界约束条件下,同时满足镜像铣削加工中刀轴矢量与工件表面保持垂直,以最小刀轴矢量距离确定备选刀轴矢量,对奇异区域的刀轴矢量进行局部修正。然后对整条加工路径进行B样条曲线拟合,基于最小参数曲线应变能建立优化模型,通过对参数曲线的调整,提高路径的光顺性,保证加工效率,提高加工质量。最后,通过仿真实验和实际加工结果验证所提方法的有效性。研究结果表明,最小壁厚误差减小50%,最大壁厚误差减小75%,整体壁厚误差范围缩小了68.75%,同时完整的路径加工时间缩短了2.1%。