拉刀优化设计.docVIP

新疆农业大学 课 程 论 文 题 目: 刀具优化设计 课 程: 机械优化设计 姓 名:  于建青 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机制106班 学 号: 103731608 指导教师: 张学军 职称: 教 授 2013 年12月16日 刀具优化设计 作者 于建青 指导教师 张学军 摘要：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拉刀优化的数学模型,提高优化算法速度。 关键词：数学模型；优化；算法 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af,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af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。 1.1 目标函数的建立 确定以af和t为优化的自变量,A为切削余量。拉刀长度是与拉削生产率、成本及其工艺性能有关的参数,拉刀越短对使用和制造越有利,因而取粗切齿部分长度L作为优化目标 F=minL(af,t) =tA/2af  = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ① 1.2 约束条件的建立 屑槽空间的限制 h - 1.13(kafLw)≥0  = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②  = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②式中 h是与t有关的参数；k为容屑系数,是与t和af有关的参数；Lw为拉削长度。 拉床额定拉力的限制 Fe - pπDwzi/zc≥0  = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③  = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③式中 Fe为拉床额定拉力；Dw为拉削后孔直径；p为单位切削力；zi为同时工作齿数，zi=INT(Lw/t)+1;zc为组齿数。 拉刀许用拉应力的限制 [σ] - 2pDwzi/zcdmin≥0  = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④  = 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④式中[σ]为拉刀许用拉应力；dmin为拉刀最小直径。 最大同时工作齿数的限制 11 - zi≥0  = 5 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑤ 最小同时工作齿数的限制 zi - 3≥0  = 6 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑥ 最大齿距的限制 25 -t≥0  = 7 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑦ 最小齿距的