以刀具为核心的复杂形状产品雕铣加工优化方法

摘要

随着数控加工和计算机技术的发展，复杂形状产品雕铣加工广泛存在于许多重要产品制造中，如工艺品、玩具、钟表等产业的模具加工和一些特殊工艺品（如个性化人像产品）的直接加工等。复杂形状产品的加工效率、加工成本和加工质量对于加工制造厂的生存与发展至关重要。复杂形状产品加工的三大加工目标是缩短加工时间、减少加工费用和获得较好的加工质量。雕铣加工的加工特性是主轴转速高、切削能力强、加工精度高，这些特性使雕铣加工能很好地完成复杂形状产品的加工。但复杂形状产品的雕铣加工过程中一方面由于形状复杂带来刀具运动过程复杂；另一方面由于形状复杂和雕铣加工工艺的特点，许多部位需要使用小型刀具；这两方面因素导致加工效率低、加工成本高、加工质量不易控制等系列问题。所以，急需要研究复杂形状产品雕铣加工过程和切削参数以解决这些问题。为此，本文提出了一种以刀具为核心的复杂形状产品雕铣加工优化方法。
　　首先，深入研究了复杂形状产品雕铣加工特点及刀具特殊特性。对数控雕铣加工进行了简介，主要介绍了数控雕铣加工的基本理论、雕铣CAD/CAM软件、数控雕铣加工支撑基础、典型雕铣加工工艺、数控雕铣机床、数控雕铣加工的应用领域。在分析复杂形状产品雕铣加工特点的基础上，指出复杂形状产品雕铣加工刀具具有的特殊特性，即产品各部位刀具的不同及特性、产品部分部位的加工刀具的细长特性以及刀具与三大加工目标的紧密关联特性。体现了刀具在复杂形状产品雕铣加工中起着决定性作用。
　　其次，建立了复杂形状产品雕铣加工刀具模型。考虑了复杂形状产品雕铣加工刀具的材料及结构，建立了复杂形状产品雕铣加工刀具的力学模型和耐用度模型。
　　然后，建立了基于雕铣加工刀具模型的工艺参数优化模型。从最优化问题的数学模型、优化方法的设计步骤以及优化方法选择原则这几个方面对优化问题的理论基础做了简介；对雕铣加工工艺参数进行了分析，设计了优化变量并建立了相应的目标优化函数。建立了基于复杂形状产品雕铣加工的刀具模型的约束函数及刀具确定状态下工艺参数优化模型，应用粒子群算法求解了所建立的优化模型。
　　最后，通过优化实例，验证了所提方法的可行性和实用性。上述方法已在生产实际中得到了应用，并展示了较好的应用前景。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的意义

1.4 研究内容及组织结构

1.5 本章小结

2 复杂形状产品雕铣加工特点及刀具特殊特性

2.1 数控雕铣加工简介

2.2 复杂形状产品雕铣加工特点

2.3 复杂形状产品雕铣加工刀具的特殊特性

2.4 本章小结

3 复杂形状产品雕铣加工刀具的模型及运动轨迹

3.1 力学模型

3.2 耐用度模型

3.3 材料及结构考虑

3.4 复杂形状产品雕铣加工刀具运动轨迹

3.5 本章小结

4 基于雕铣加工刀具模型的工艺参数优化模型及优化方法

4.1 优化问题的理论基础

4.2 雕铣加工工艺参数

4.3 优化变量及优化目标函数

4.4 约束函数

4.5 优化模型

4.6 优化方法

4.7 应用MATLAB求解数学模型

4.8 本章小结

5 应用实例及加工验证

5.1 人像产品的工艺规划

5.2 雕铣加工刀具的选择

5.3 工艺参数优化

5.4 优化结果

5.5 雕铣加工

5.6 本章小结

6 结论和展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间从事的主要科研工作

C. 攻读硕士学位期间的科研成果

D. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励