铣削新型TC21钛合金多目标参数优化.pdf

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1、数控加工NCMACHINING铣削新型TC21钛合金多目标参数优化Multi-ObjectiveParameterOptimizationonMillingNewTC21TitaniumAlloy西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室陶开荣周成李海滨[摘要]通过对TC21钛合金铣削正交试验，测量表面粗糙度，构建粗糙度预测公式。并以最大材料去除1 试验过程与结果率及最小表面粗糙度为优化目标采用遗传算法对钛合1.1试验条件金铣削切削参数进行优化，以期对生产实践起到一定的试验材料选用尺寸为140mm×140mm×

2、140mm指导作用。的TC21钛合金，主要成分为Tr6Al-2Zr-2Sn-3Mo-1Cr-关键词：TC21钛合金表面粗糙度遗传算法参2Nb。试验在三坐标数控加工中心TK5680上进行；使数优化用的是带TiAlN涂层的整体硬质合金刀具（硬质合金[ABSTRACT]ThroughthemillingtestoftitaniumK30，刀具直径为20mm，齿数为4）。TC21钛合金材料alloyTC21,theamountofsurfaceroughnessismeasured,表面粗糙度的测量，利用SurfTestSJ-

3、201型粗糙度仪。androughnesspredictionformulaisbuilt.Themaximum其测量范围为350µm（-200µm~+150µm），可同时测materialremovalrateandminimumsurfaceroughnessis量Ra，Rz和Rq。setastheoptimizationobjectivetooptimizethetitanium在飞机发动机叶轮的加工中大量用到侧铣，而且，millingcuttingparameterwithgeneticalgorithmino

4、rder叶轮的加工属于大去除量的整体结构件加工费时费力，toplayaguidingroleintheproductionpractice.所以，试验采用的是侧铣，这种切削加工方式的加工表Keywords:TitaniumalloyTC21Surfacerough-面只测量沿进给方向的粗糙值Ra。每个粗糙度的值均nessGeneticAlgorithmParameteroptimization为三次以上的测量值取平均而得到。试件是在金属去除量相同的情况下，然后检测各种加工方案下的工件表TC21钛合金是我国自主研发的一种

5、新型高强高韧面完整性情况。为能用较少的试验次数取得较正确的损伤容限型钛合金，在航空航天中有广阔的应用前景，试验结果，本文采用正交试验设计方法来安排试验和处4目前，对其机械加工性能了解还是一片空白。针对航空理数据，本试验采用四因素三水平的L9（3）形式来安[1]企业的特殊地位更需要高效率高质量的优化切削参排试验，如表1所示。[2]数，所以亟需建立合理的理论切削参数从而摆脱依靠表1试验因素水平经验不断摸索的局面。[3-4]切削速度每齿进给量切削宽度切削深度表面粗糙度是衡量加工表面质量的重要指标，因素-1-1v/(m·min

6、)fz/（mm·z）ae/mmap/mm[5]国内外已经开始对建立表面粗糙度模型展开广泛的水平1200.050.510研究。1995年，Alauddin通过多因素实验研究发现所采水平2600.1120用的预测模型与实验数据之间有良好的相互作用关系，水平31000.151.530为以后公式化参数优化提供理论基础。遗传算法是一种全局寻优的优化算法，非线性搜索1.2试验结果及处理能力非常强，能够求解复杂的优化问题，特别是多目标在机床加工系统和刀具几何参数确定的前提条件[6-7]问题，非线性问题等，近几年在工程优化得到广泛应下

7、，假定表面粗糙度与切削参数之间存在复杂的指数关用。系，应用统计方法，建立正交回归试验的通用模型为：本文基于钛合金TC21材料铣削正交试验数据，构b1b2b3b4Ra=Cvfzapae，（1）建TC21粗糙度预测公式，并以最大材料去除率及最小表面粗糙度为优化目标采用遗传算法对钛合金铣削切式中，C为决定于加工材料、切削条件的系数；b1、b2、b3、削参数进行优化，以期对生产实践起到一定的指导作b4为待定系数。用。两边分别取对数得：86航空制造技术·2014年第8期数控加工数控加工NCMACHININGNCMACHINING

8、lglgRRaa==lglgCC++bb11lglgvv++bb22lglglgffzz++bb33lglgaapp++bb44lglgaaee。（2）计算可得各切削参数的指数，建立铣削TC21钛合铣削新型TC21钛合金多目标参数优化令：y=lgRa，x1=lgv，x2=lgfz，x3=lgap，x4=lgac，b0=lgC，金粗