[发明专利]一种刀具几何结构参数和加工工艺参数共同优化的方法

说明书

本发明提供一种刀具几何结构参数和加工工艺参数共同优化的方法，包括确定刀具的结构参数、加工工艺参数及各自的取值范围；在各取值范围中构建出加工工艺参数正交试验和刀具结构参数正交试验，根据两组正交试验获得的切削力数据和切削温度数据，得到切削力模型及切削温度模型；根据切削力模型及切削温度模型，构建出刀具几何结构参数优化目标函数；根据待优化的加工目标，确定需优化的加工工艺参数，构建出加工工艺参数优化目标函数；根据上述两个优化目标函数，构建出共同优化模型并求最优解，得到优化后的刀具结构参数和加工工艺参数各自对应的值。实施本发明，综合考虑实际加工过程中各加工目标，获得最优的刀具结构参数和加工工艺参数。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种刀具几何结构参数和加工工艺参数共同优化的方法。

背景技术

刀具结构参数设计对能否发挥刀具材料性能优势至关重要，好的刀具结构可以提高数倍的加工效率。同样，切削加工工艺参数设立合理与否直接关系着加工效率和生产成本，对工件加工质量也有着决定性的影响。

目前，关于刀具结构参数和加工工艺参数优化的研究非常多，比较有代表性的有丁郭，金燕鸣，刘佩杰，余浪，“U71Mn钢轨的成形铣削力的测试与建模”，《工具技术》，2018，第11期，32-38页；又如，张宏基，葛媛媛，唐虹，“高速铣削工艺参数对AM50A镁合金铣削力和表面形貌的影响”，《西北工业大学学报》，2018，第1期，124-131页；又如，崔峰，王德超，朴成道，“基于能耗和表面粗糙度的车削参数优化研究”，《机床也液压》，2018，第21期，136-140页；又如，赵淑军，曾桂林，刘均，马术文，“BP神经网络在立铣刀结构参数优化中的应用”，《组合机床与自动化加工技术》，2017，第6期，18-25页等。

从上述研究中可以发现，现有参数优化仅仅局限于刀具结构参数和加工工艺参数的单方面优化，没有同时优化刀具结构参数与加工工艺参数。因此，研究刀具几何结构参数和加工工艺参数共同优化的方法，对综合考虑实际加工过程中的各个加工目标(如切削力、切削温度、表面质量、刀具寿命、材料去除率、加工成本等)，充分发挥刀具的切削性能具有重要意义。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种刀具几何结构参数和加工工艺参数共同优化的方法，能综合考虑实际加工过程中的各个加工目标，获得最优的刀具结构参数和加工工艺参数。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种刀具几何结构参数和加工工艺参数共同优化的方法，包括以下步骤：

确定刀具的结构参数及加工工艺参数，并获取各结构参数及各加工工艺参数分别对应的取值范围；

在所获取到的各结构参数及各加工工艺参数分别对应的取值范围中，构建出加工工艺参数正交试验和刀具结构参数正交试验，根据两组正交试验获得的切削力和切削温度，采用交替拟合的方式得到切削力模型及切削温度模型；其中，所述加工工艺参数正交试验为刀具结构参数固定，对每个加工工艺参数设立n个水平的正交试验；所述刀具结构参数正交试验为加工工艺参数固定，对每个刀具结构参数设立n个水平的正交试验；n为正整数；；

根据所得到的切削力模型及切削温度模型，利用线性加权法来构建出以切削力最小和切削温度最低为优化目标的刀具几何结构参数优化目标函数；

确定待优化的多个加工目标，并根据所确定的待优化的多个加工目标，确定出需优化的加工工艺参数，且进一步基于所确定的待优化的多个加工目标，采用线性加权法来构建出加工工艺参数的优化目标函数；

根据所述刀具几何结构参数优化目标函数及所述刀具加工工艺参数优化目标函数，构建出刀具几何结构参数及加工工艺参数的共同优化模型，并对所述刀具几何结构参数及加工工艺参数的共同优化模型求最优解，得到优化后的刀具结构参数和加工工艺参数各自对应的值。