基于切削状态的热室圆盘锯床切削优化研究

摘要

随着工件向尺寸微小化、结构复杂化、制造精密化、样式多样化的趋势发展，对切削工艺的要求也日益提高，而切削工艺参数的选择与切削加工效果和经济效益又息息相关。本文以某研究院的热室圆盘锯床及其控制系统为背景，针对切削过程中的优化问题展开了研究。原控制系统主要采用人工手动控制，但由于切削过程复杂多变，实际生产中切削工艺参数一般是加工技术人员凭借经验和参考手册来选取，造成加工工艺因人而异，工件的加工效果一致性差，很难实现最优化加工，从而导致加工精度下降且增加了热室圆盘锯床后期的维护工作。这就要求控制系统能够根据不同的工况自动的给出切削参数，减少人工的同时提高切削效果和一致性。
　　本文从热室圆盘锯床切削工艺和切削流程着手，分析了切削过程中的切割片磨损的机理及其造成的负面影响，明确了表征着热室圆盘锯床切削状态的参数以及之间的相互关系，并在此基础上设计了由生产运行层、数据处理层、运算控制层组成的切削优化总体方案。
　　在切削优化方案的实现过程中，针对热室圆盘锯床的切削机理，采用机理分析法和有限元方法进行切削仿真，并对两者的分析结果进行了验证，为切削状态的识别和优化效果验证奠定了基础；针对由于热室圆盘锯床工作环境恶劣而缺少力传感器、温度传感器、声学传感器的问题，选取原热室圆盘锯床控制系统中伺服电机的转矩、切削时的切削深度和实时切削速度作为辅助变量，采用高斯过程分类方法对切削状态进行分类和识别；针对原热室圆盘锯床调整切削参数的经验和原则，采用专家控制方式，模拟加工人员的思维过程，并以正向推理策略，根据实时的切削状态推理出适合当前工况的切削参数，以达到改善切削过程的目的；最后，以前面建立的有限元仿真模型为基础，采用MATLAB对ABAQUS模型进行前后处理，对优化前后的切削参数的切削效果进行了仿真对比，仿真结果表明，经过优化后的切削参数能够改善工件变形、工件温度场分布和切削力等指标，能更好的适应切削状态的改变，缓解并改善状态改变给切削过程带来的负面影响，从而实现更优的切削效果。

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1 绪 论

1.1本文研究背景

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

1.4论文内容安排

2 热室圆盘锯床切削优化总体方案设计

2.1热室圆盘锯床切削工艺分析

2.2热室圆盘锯床切削工艺的需求分析

2.3热室圆盘锯床切削优化的总体方案

2.4本章小结

3 热室圆盘锯床切削过程分析

3.1单颗切削粒切削过程分析

3.2切割片切削过程分析

3.3有限元方法的基本原理

3.4基于有限元方法的切削仿真

3.5本章小结

4 热室圆盘锯床切削状态识别模型建立

4.1高斯过程分类基本原理

4.2基于GPC的切削状态识别模型的建立

4.3本章小结

5 基于切削状态的切削优化算法设计

5.1热室圆盘锯床切削优化设计思路

5.2基于专家控制的切削参数优化算法设计

5.3切削参数推理的MATLAB实现

5.4本章小结

6 热室圆盘锯床切削效果仿真分析

6.1基于MATLAB的ABAQUS二次开发

6.2正常状态下的切削仿真及效果分析

6.3正磨损状态下的切削仿真及效果分析

6.4负磨损状态下的切削仿真及效果分析

6.5本章小结

7 总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的专利：

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：

C. 获奖情况