复杂刀具优化设计数学模型的建立及算法改进
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- 复杂刀具优化设计数学模型的建立及算法改进 摘 要: 目的 建立复杂刀具优化的数学模型,提高优化算法速度. 方法 采用优化设计与CAD相结合的方法. 结果与结论 解决了传统刀具设计的缺点,改进后的算法速度大幅度提高.
关键词: 数学模型；优化；算法
在传统的刀具设计中,通过查表和经验公式来确定各种结构参数和几何参数,然后,反复计算来得到相对较优的刀具参数.这种方法使设计过程复杂费时,且得不到最优化的参数,设计出的刀具成本高,加工效率低.因而刀具的计算机辅助设计应采用优化设计与CAD相结合的方法,欲进行优化设计,必需首先建立刀具优化设计的数学模型,由于复杂刀具的种类繁多,结构变化多样,优化目标不同,因而需分门别类地建立模型，此篇仅以轮切式拉刀为例.
1 拉刀优化设计的数学模型
在拉刀参数设计过程中需要选择的主要参数有拉削余量A,齿升量a,齿距t,容屑槽形状和深度h,容屑系数k,同时工作齿数等,这些参数可分为两类,一类是独立参数,如拉削余量和容屑槽形状等,这些参数基本不受其他参数的影响.另一类参数是非独立参数,如齿升量、齿距、容屑槽深度、容屑系数等,这些参数既相互限制又相互依赖,第一类参数的选择比较容易.可以用经验公式和数据库来解决.第二类参数比较复杂,只有通过优化的方法才能得到较好的结果.
粗切齿升量的选择是一个比较复杂的问题.增大a可使齿数减少,拉刀长度变短,但同时又要求容屑槽深度增加.另外齿升量的增加又会引起拉削力的增大,受到拉床和拉刀拉应力的限制.
齿距是决定拉刀长度的一个重要因素,t越大,拉刀越长,同时工作齿数越少.这样会在拉削过程中引起振动,生产效率低,降低刀具的使用寿命;t过小,又会使容屑空间变小,从而限制了齿升量的增大.
其他参数如同时工作齿数z,容屑槽深度h,容屑系数k都是a和t的函数,只有当a和t选择后才能确定.从上述参数分析可知,a和t是拉刀设计的关键,在a和t之间应有一最佳组合值,使得a在拉床的额定应力和拉刀的许用应力范围内达到最高,即使拉刀的长...
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