在工艺设计中的一个重要内容就是对最优的切削参数进行确定,优化的切削参数可以极大的降低工件的加工时间与生产成本。尽管人们早在一个世纪之前就认识到了对切削参数进行优化的主要意义,但是因为在切削加工中变量的复杂变化,因此切削参数的优化进展非常缓慢。56681

1907年,在工作了26年之久切除了将近3万吨的切屑以及掌握了超过10万个切削实验数据的基础上,Taylor对切削刀具提出了最早的刀具耐用度公式。在上世纪20年代中期的时候,Herber Rosenhain以及Stumey首先对切削可加工性和切削速度与刀具耐用度之间的关系提出了讨论,但是没有对切削表面质量,材料去除率以及尺寸精度等之间的关系进行更深入的研究分析。二十世纪50年代,Gilbert首次正式提出了最大生产效率以及最小生成本的概念,这是首次正式的关于加工经济性的系统分析研究。接着,Field和Hitomi分别基于经济速度与切削深度下的加工速度与最小的加工成本以及最大生产率之间的函数关系。上世纪的六七十年代,随着进一步对切削理论的发展完善,人们慢慢的了解到最优的切削参数求解不但和加工速度相关,同时也与切削深度以及进给量等有关,因此,优化切削参数的实质就是对一个问题的多条件约束进行求解。随着数学建模理论以及计算机技术的发展,随后出现了许多不同的基于多目标优化的思想和方法。切削参数优化的一个重要发展趋势就是进行智能优化切削参数。这将对于产品的精度、生产率的提高以及生产成本的降低具有不可估量的意义。基于当代的优化切削理论,运用计算机理论计算建模优化切削参数技术以及使用计算机仿真技术,创建智能的动态仿真系统对切削参数进行优化,不但会降低生产试验成本以及缩短研发产品的周期,同时又可达到对切削参数的智能优化的目的。

切削加工建模参数优化仿真技术发展到今天,大致经历了四个模型的转变:解析模型,滑移-线模型,有限元模型和机械模型 。其中滑移-线模型和有限元模型属于微观切削力学范畴,主要借助有限元方法预测刀-屑-工件的应力,应变和温度分布,仿真过程没有考虑工艺系统动力学因素,与实际情况相差悬殊论文飞儿乐团 ;然而对于机械模型,其用于解决的是宏观方面的问题,具体的可分为:动静态切削力、功率、转矩以及工件表面粗糙度等物理量的预测,查阅资料得到的研究现状主要有以下这些内容:

国外基于动力学切削参数优化的研究现状:长期以来,众多的学者对于在切削力系数建模方面投入了巨大的精力,对切削力系数建立了各种各样的软件与数学模型。对于切削力系数,可以对其进行划分为动态的( )以及静态切削力系数( )。对于静态的切削力系数,可以通过三种方法获取其值,第一种就是通过正交切削数据库的建立,基于对刀具的几何参数进行考虑,使用通用的对切削力模型 切削斜角进行分析推导求解;第二种方法就是一种普遍使用的方法(即经典法),它只能对铣刀—工件这样的特殊组合,通过对几组进给量的改变,对切削力系数辨识 通过对不发生振动情况下切削实验中切削过程的平均力;第三种方法就是对切削力系数进行辨识 通过单次的切削实验得到瞬态的切削力,该方法对比于经典方法具有更高效的特点。动态的切削力系数获取法,Altintas等人 利用振动测试控制装置(Fast tool servo)获取得到动态的切削力系数,同时得出动态的切削力系数是基于切削速度、加速度以及再生切削厚度表达式之间的函数关系。基于铣削力的建模而言,就是否对工艺系统的动态特性进行考虑,建模的方式可分为静态与动态铣削力;对于建模的方法——Simth和Tlusty 提出了五种关于建模的方法:静态切削力模型的平均刚性力法;静态切削力模型的瞬时刚性力法;瞬时的刚性力建模法;可进行静态变形反馈的瞬时力建模法;动态变形及再生力建模法。对切削力模型的研究方向来说,建模研究的领域主要是对与需要高速切削加工的航空以及模具制造等;而所研究的加工刀具也仅仅局限于一些小直径的如球头铣刀以及圆柱立铣刀等刀具;所探究的加工材料也仅对于钛合金与铝合金等 。Altintas和Engin 对切削加工中的多数螺旋立铣刀与可转位铣刀建立了通用性的数学函数模型;Jensen和Shin 对Budak和Altintas所建立的模型进行了扩展,同时对三维频域的可转位面铣刀稳定域提出了求解算法。

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