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復雜刀具優化設計數學模型的建立及算法改進

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更新時間：2013-06-06
發布人：滎浪

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復雜刀具優化設計數學模型的建立及算法改進　　　摘要: 目的建立復雜刀具優化的數學模型,提高優化算法速度. 方法采用優化設計與CAD相結合的方法. 結果與結論解決了傳統刀具設計的缺點,改進后的算法速度大幅度提高.

　　　關鍵詞: 數學模型；優化；算法

　　在傳統的刀具設計中,通過查表和經驗公式來確定各種結構參數和幾何參數,然后,反復計算來得到相對較優的刀具參數.這種方法使設計過程復雜費時,且得不到最優化的參數,設計出的刀具成本高,加工效率低.因而刀具的計算機輔助設計應采用優化設計與CAD相結合的方法,欲進行優化設計,必需首先建立刀具優化設計的數學模型,由于復雜刀具的種類繁多,結構變化多樣,優化目標不同,因而需分門別類地建立模型，此篇僅以輪切式拉刀為例.
1 拉刀優化設計的數學模型
　　　在拉刀參數設計過程中需要選擇的主要參數有拉削余量A,齒升量a,齒距t,容屑槽形狀和深度h,容屑系數k,同時工作齒數等,這些參數可分為兩類,一類是獨立參數,如拉削余量和容屑槽形狀等,這些參數基本不受其他參數的影響.另一類參數是非獨立參數,如齒升量、齒距、容屑槽深度、容屑系數等,這些參數既相互限制又相互依賴,第一類參數的選擇比較容易.可以用經驗公式和數據庫來解決.第二類參數比較復雜,只有通過優化的方法才能得到較好的結果.
　　粗切齒升量的選擇是一個比較復雜的問題.增大a可使齒數減少,拉刀長度變短,但同時又要求容屑槽深度增加.另外齒升量的增加又會引起拉削力的增大,受到拉床和拉刀拉應力的限制.
　　齒距是決定拉刀長度的一個重要因素,t越大,拉刀越長,同時工作齒數越少.這樣會在拉削過程中引起振動,生產效率低,降低刀具的使用壽命;t過小,又會使容屑空間變小,從而限制了齒升量的增大.
其他參數如同時工作齒數z,容屑槽深度h,容屑系數k都是a和t的函數,只有當a和t選擇后才能確定.從上述參數分析可知,a和t是拉刀設計的關鍵,在a和t之間應有一最佳組合值,使得a在拉床的額定應力和拉刀的許用應力范圍內達到最高,即使拉刀的長...

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