MatLab船用柴油机缸盖切削加工实验设计与参数优化(3)

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目前，我国绝大多数企业对柴油机数控加工的切削参数采用刀具厂商推荐值或者采用工艺人员不断积累下来的经验值。在这种情况下，工艺人员的技术水平和经验决定了加工程序的质量。工作中工艺人员不可避免的会出现这样那样的失误。这些失误小到影响工件质量大到出现安全事故，危及工人的生命[3]。另外为了安全生产，工艺人员采用较为保守的方法来选择切削用量，并且在加工过程中切削用量不会随着加工条件的变化而做出相应的修正，切削用量的不合理选择难以发挥“工作母机”机床的综合效能，给企业和社会带来了巨大的浪费。此外，切削用量的合理选择与否还影响着刀具的使用寿命、工件表面粗糙度、生产成本和生产效率等[4]。

因此，在数控加工中，选择合理的切削参数进行切削加工是保证加工效率和加工质量的第一要素。此外，随着数控加工业的发展，高效高速加工是数控加工的发展趋势。高效数控加工指不过分强调最快的切削速度或最高的加工质量，而是通过提高单位时间的材料去除率、降低加工时间来实现降低加工成本的目的[5]。本文就基于这一先进优化思想，对船用柴油机缸盖进行铣削参数优化。

1.2 切削参数优化技术国内外研究现状

1.3 主要研究内容

本研究提出在保证质量要求的前提下，获得较高的生产率和较低的加工成本，即高效数控加工。制定切削用量时，材料去除率与切削用量三要素均保持线性关系，即其中任一参数增大一倍，都可使生产率提高一倍。然而由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其他参数必然减小。因此，在制定切削参数时，只有切削三要素获得最佳组合时的高生产率才是最优的[12]。

本课题的主要研究内容可以归纳为以下三个方面：

（1）切削加工原理及其优化基本原理分析

研究切削加工过程中切削力的规律构建切削力模型，根据模态理论测得机床-刀具系统动态特性。铣削力模型和系统动态特性对切削稳定性、加工效率和加工质量进行计算和预测，为进一步优化切削参数提供依据。

（2）中低速切削加工参数优化技术研究

中低速优化主要是利用正交表设计优化前的实验数据，合理分配切削参数组，用最少的试验次数，获得最具代表性的实验数据。中低速的优化研究主要在数学建模上，通过建立目标函数、限制约束条件、分析优化变量，结合X-Cut软件对船用柴油机缸盖进行切削参数优化。

（3）基于Deform的实验仿真验证

优化后的切削参数虽然理论上满足机床、刀具性能约束，并且满足加工质量，但考虑到软件自身的局限性和理想化，需要对优化后的切削参数进一步进行验证，以便应用到实际加工中。

1.4 本章小结

本章通过对柴油机优缺点的分析，引出柴油机关键零部件（缸盖）的加工质量对柴油机运转等使用性能的重要影响，从而得出优化切削参数对提高柴油机运转性能和使用寿命的重要性。同时分析国内外对切削参数优化的研究，总结其研究的局限性和不足，突出本课题优化方法的优势，即可以应对不同工况选择合适且经济的切削参数，另外介绍了本论文的主要研究内容，即：理论分析、优化研究和Deform仿真验证。

第二章数控加工参数优化技术总体方案设计源'自-751;文,论`文'网]www.751com.cn

2.1 缸盖切削参数优化的技术方案设计

优化问题中，可以用设计变量的函数来描述设计目标即目标函数。当给定一组设计变量值时，就可计算出相应的目标函数值。因此，在优化设计中，可以用目标函数值的大小来衡量设计方案的优劣。在实际工程应用中，任何优化设计都是有限制条件的，这些限制条件在优化设计中被称为约束条件。只有满足所有约束条件的优化设计方案才是可行方案。本论文研究中低速切削参数优化问题，采用数学建模的方法分析切削参数优化，主要选取优化目标、约束条件、优化参数以及优化方法。