螺旋转子五轴数控加工与参数优化

摘要

螺旋转子是干式真空泵的核心部件，其加工精度直接影响其到螺旋转子的工作效率。传统螺旋转子的加工一般是在普通铣床上采用成形刀及配挂齿轮的方法加工而成，使用这种方法加工难度大，效率低。由于螺旋转子属于几何形状复杂的轴类零件，因此在加工过程中存在几何编程误差、加工变形误差及工艺参数难以选择等问题。如何选择合理型线、参数化建模和可靠的工艺参数优化方法是实现螺旋转子高效高精加工的一项重要课题。因此，深入研究螺旋转子五轴数控加工与工艺参数优化方法，从而有效提高其加工精度和效率是螺旋转子加工迫切需要解决的问题。
　　本文从形成螺旋面的基本原理出发，通过数学推导，得到单头等螺距梯形内凹转子型线方程，根据面积利用系数与理论抽数，分析比较影响干式真空泵螺旋转子的各项参数，对比真空泵螺旋转子的实测数据，验证推导过程及参数选择的正确性。结合数控仿真技术，运用UG参数建模与仿真生成刀轨，运用VERICUT仿真五轴数控加工原理构建机床，以验证刀路与程序的可行性。
　　在此基础上，利用MATLAB遗传算法，以铣削速度v、每齿进给量fz、轴向切深ap及径向切深ae四个参数为变量，以最高生产率、最低生产成本和加工表面粗糙度为螺旋转子加工工艺参数的优化目标函数，以主切削力、机床额定输出功率、进给速度、主轴转速和刀具参数这五个量为约束。首先分别求出在这五个约束下满足各个目标函数的变量值，再求出在这五个约束下满足多目标函数的变量值。将求出的各变量值输入VERICUT的程序中，进行仿真加工，证明了利用多目标遗传算法得出的优化结果可行性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复杂曲面加工国内外研究现状

1．2．2 工艺参数优化国内外研究现状

1．3 螺旋转子五轴加工

1．3．1 五轴机床应用范围及特点

1．3．2 螺旋转子五轴加工优势

1．4 论文研究内容

第二章 螺旋转子的型线理论研究

2．1 螺旋转子端面型线方程

2．2 螺旋转子齿面方程

2．3 螺旋转子轴向截面方程

2．4 面积利用系数与理论抽速

2．4．1 面积利用系数

2．4．2 理论抽速

2．4．3 面积利用系数与几何抽速的影响因素

2．5 本章小结

第三章 螺旋转子的参数建模与加工仿真

3．1 UG软件介绍

3．1．1 UG软件建模

3．1．2 UG加工仿真

3．2 参数建模

3．3 数控加工仿真平台构建

3．3．1 螺旋转子加工工艺制定

3．3．2 加工模块选择

3．3．3 加工父节点组的创建

3．3．4 生成刀轨

3．3．5 后置处理

3．4 本章小结

第四章 基于VERICUT数控加工仿真平台构建

4．1 VERICUT软件简介

4．2 VERICUT数控加工仿真步骤

4．3 构建虚拟机床模型

4．3．1 虚拟机床的介绍

4．3．2 构建虚拟数控铣床模型

4．4 创建刀具库

4．4．1 铣刀的介绍

4．4．2 刀具库的构建

4．5 螺旋转子加工仿真

4．5．1 仿真加工过程

4．5．2 仿真加工过程监控

4．7 本章小结

第五章 螺旋转子参数优化

5．1 遗传算法的概念

5．2 遗传算法的步骤与流程

5．3 遗传算法在铣削加工中的应用

5．3．1 种群的产生及其与切削参数的关系

5．3．2 算法的适应度与目标函数的关系

5．3．3 多目标遗传算法的求解过程

5．4 铣削加工工艺参数优化数学模型的建立

5．4．1 铣削加工工艺参数的确定

5．4．2 优化设计变量的选取

5．4．3 优化目标函数的建立

5．4．4 多目标优化函数的建立

5．4．5 优化约束函数

5．4．6 螺旋转子多目标优化函数的建立

5．4 螺旋转子参数优化所需参数信息

5．5 Matlab遗传算法工具箱

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况