数控切削CNC加工参数目标优化.doc

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1、数控切削CNC加工参数目标优化工艺参数是数控切削CNC加工的基本控制量。如工艺参数选择不当，不仅难以保证工件CNC加工精度及控制CNC加工成本，而且可能因切削力过大等原因造成机床被迫停机，影响数控机床效能的正常发挥。因此，以提高数控切削CNC加工效率、降低CNC加工成本、获得高质量产品为目的进行的数控切削CNC加工工艺参数多目标优化研究，对提高数控CNC加工经济效益具有重要意义。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、铣削宽度等工艺参数作为优化变量，建立了多目标优化数学模型，同时采用有效的优化算法实现数控切削C

2、NC加工工艺参数的多目标优化。2数控切削CNC加工工艺参数优化的数学描述优化变量数控车削CNC加工工艺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加工工艺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目标函数数控切削CNC加工工时目标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(m

3、m/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=KTCTn1/mvf1/nap1/p(2)铣削CNC加工刀具的使用寿命为T=KTCTDqn1/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加工工时目标函数为Mt(X)=Avf-1+Bcvf(1/n-1)n1/map1/p+t0(4)数控铣削CNC加工工时目标

4、函数为Mt(X)=Avf-1+Bxvf(1/n-1)n1/map1/pae1/u+t0(5)式中：A=lwBc=(Atct)/(KTCT)Bx=(AtctZ1/w)(/KTCTDq)数控切削CNC加工成本目标函数数控切削CNC加工成本为c=lw(c0+c0tct+ct)+t0c0vfT(6)式中：c0——单位时间生产成本(元/min)c0t——刀具成本(元/个)将式(2)、(3)分别代入式(6)，可得数控车削成本目标函数为Mc(X)=Evf-1+Fcvf(1/n-1)n1/map1/p+G(7)数控铣削成本目标函数为Mc(X)=Evf-

5、1+Fcvf(1/n-1)n1/map1/pae1/u+G(8)式中：E=c0lwFc=lw[ct+c0tct)/(KTCT)]Fx=[lw(ct+c0tct)Z1/w]/(KTCTDq)G=c0t0数控切削CNC加工质量目标函数数控切削CNC加工尺寸精度目标函数数控切削CNC加工尺寸精度目标函数为Mz(X)=d(9)式中：d——切削力作用下刀具或工件的变形量数控车削CNC加工时：d=5l3FH103KEI数控铣削CNC加工时：d=l3FH103·3KEI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

6、法系数I——工件或刀具惯性矩(mm4)E——工件材料的弹性模量(GPa)数控切削CNC加工表面质量目标函数数控切削CNC加工表面质量目标函数为：MR(X)=Ra(10)约束条件设计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、切屑的控制、机床主轴最大转速、机床最大进给速度以及CNC加工余量等因素构成了工艺参数优化的约束条件。3基于主要目标法的多目标优化数学模型主要目标法多目标函数的建立设有m个优化目标：M1(X)，M2(X)，…，Mi

7、(X)，…，Mm(X)，以第i个目标Mi(X)为主要目标，则多目标优化目标函数可表示为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；其中M10，…，Mi-10，Mi+10，…，Mm0为各次要目标允许的最大值。在数控切削CNC加工中，为了达到最优CNC加工质量，工时和成本会显著增加。从数控CNC加工的经济性考虑，单纯追求CNC加工质量最优显然并不合适，因此在以工时、成本、质量为优化目标的多目标优化中，一般将工时或成本作为主要目标，而将质量目标转化

8、为约束条件。以CNC加工工时为主要目标的多目标优化数学模型对于以实现最高生产率为目的、以CNC加工工时为主要目标的多目标优化数学模型，设计变量的向量表示为X=(n，vf，ap)T或X=(n，vf，ap，ae