螺旋槽刀具切削过程仿真及刀体结构优化研究

摘要

正确选择刀具结构参数以及加工工艺参数，对保证加工质量，提高生产效益具有十分重要的现实意义。切削加工刀具中，螺旋槽刀具所占比例较大。基于此，本文针对螺旋槽刀具中应用较多的球头铣刀和麻花钻，结合有限元数值模型和遗传算法，开展了球头铣刀铣削参数优化和麻花钻刀体结构参数优化的研究。主要研究内容如下：
　　 建立了球头铣刀加工有限元数值模型。通过铣削5度MoCrFe斜面的铣削力现场试验，验证了所建立的有限元数值模型的准确性。以此有限元数值模型为基础，结合正交试验，进行了主轴转速、进给速度、铣削深度和铣削宽度对球头铣刀铣削加工影响的研究。
　　 采用多元线性回归方法，建立了铣削力与铣削参数之间的回归方程，并对其显著性进行验证，为球头铣刀铣削参数优化模型的建立奠定了基础。以加工效率，加工成本和铣削力为铣削参数优化目标，通过机床及刀具对铣削参数约束的研究，建立了球头铣刀铣削参数的多目标优化模型。采用遗传算法对该模型进行优化，结合MATLAB中GUI界面函数编程，开发了球头铣刀铣削参数优化系统。应用该系统对球头铣刀铣削参数进行优化，并通过有限元数值模型仿真结果对优化结果进行验证。结果表明，基于遗传算法的球头铣刀铣削参数优化系统具有一定的实用性。
　　 建立了基于麻花钻扭转刚度的有限元数值模型，通过与相关文献中所做试验结果相对比，验证了所建立的有限元数值模型的准确性。以此有限元数值模型为基础，结合正交试验和多元线性回归方法，建立了麻花钻结构参数和扭转刚度之间的回归方程。通过对麻花钻前角约束的研究，采用遗传算法对麻花钻结构参数进行优化，并结合界面函数编程，开发了麻花钻刀体结构参数优化系统。并通过有限元数值模型仿真结果对优化结果进行验证。结果表明，基于遗传算法的麻花钻刀体结构参数优化系统具有一定的实用性。