[發明專利]基于多約束優化的榫槽粗拉削余量優化方法

在審

• 申請號: 202010617282.5
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111832129A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 安慶龍;劉志強;俞威威;明偉偉;陳明;馬海善
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;江蘇海博工具產業研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種基于多約束優化的榫槽粗拉削余量優化方法，以粗拉刀刀齒參數為自變量，建立拉削材料去除率為目標函數；以拉削負載約束和拉刀應力強度約束為優化耦合雙重約束，建立榫槽粗拉削余量優化模型，從而得到粗拉削余量分配方法；依據拉削余量分配確定榫槽拉刀采用的組合拉刀塊結構。本發明能夠科學高效解決榫槽粗拉削余量分配問題。

技術領域

本發明涉及的是一種機械加工領域的技術，具體是一種基于多約束優化的榫槽粗拉削余量優化方法。

背景技術

F級重型燃氣輪機透平端渦輪盤的樅樹型槽型圓周分布在輪盤側面，并在輪盤厚度方向呈現斜直槽。于是，可以選擇拉床拉削直槽的槽型。樅樹型榫槽成形的創成過程就是拉刀工作順序分配過程，也是拉削余量的分配過程。對于榫槽拉削余量的分配，可以分為非型線粗加工階段和型線精加工階段。其中，粗加工階段主要目的是盡可能在短的時間內去除加工余量，所以多采用直刃拉刀。拉刀的特征是多齒按照序列順序依次切削材料。拉削余量的分配包括確定組成齒的排布方式、去除材料時序、每齒切削量(齒升量)、切削寬度、齒數和齒距等。在制定粗拉削余量分配過程中，需要綜合考慮拉削工作負載(機床承載能力)、拉削表面完整性、拉削刀具結構強度、切削加工效率和拉刀壽命等多種約束因素。然而，目前針對榫槽的粗拉削余量分配，多是經驗設計或參考設計，沒有完善科學的設計方法。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種基于多約束優化的榫槽粗拉削余量優化方法，能夠高效解決榫槽粗拉削余量的分配問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于多約束優化的榫槽粗拉削余量優化方法，以粗拉刀刀齒參數為自變量，建立拉削材料去除率為目標函數；以拉削負載約束和拉刀應力強度約束為優化耦合雙重約束，建立榫槽粗拉削余量優化模型，從而得到粗拉削余量分配方法；依據拉削余量分配確定榫槽拉刀采用的組合拉刀塊結構。

所述的目標函數為：其中：MRR為拉削材料的去除量，z_w為拉刀的最大工作齒數，h_fi為拉刀的齒升量，L_i為每段刀具切削刃的長度，V_c為拉削速度。

所述的拉削負載約束具體為：z_wF_cL_iV_c＜P_l、和其中：z_w為拉刀的最大工作齒數；F_c為刀具的每個齒的切削力；P_l為拉床的最大功率；F_c切削合力；F_t為進給方向的切削力；F_f為法向方向的切削力；K_tc和K_te為進給方向切削力系數；K_fc和K_fe為法向方向切削力系數。

所述的拉刀應力強度約束具體為：C_fσ_s≤[σ]_max和σ_s＝845.28·h_fi^0.4945·p^0.1568，其中：C_f為可靠性系數，范圍為1.2～1.4；σ_s為刀具每個齒的切削應力；[σ]_max為材料的最大屈服應力。

所述的榫槽粗拉削余量優化模型，以拉削材料切削去除率最大為優化目標。

所述的組合拉刀塊結構為：矩形槽粗拉削部分的拉刀和斜直齒拉刀完成齒側非型線部分的粗拉削進行組合的結構。

技術效果

本發明整體解決現有技術無法有效解決榫槽粗拉削余量的分配問題。