[发明专利]基于多约束优化的榫槽粗拉削余量优化方法

说明书

一种基于多约束优化的榫槽粗拉削余量优化方法，以粗拉刀刀齿参数为自变量，建立拉削材料去除率为目标函数；以拉削负载约束和拉刀应力强度约束为优化耦合双重约束，建立榫槽粗拉削余量优化模型，从而得到粗拉削余量分配方法；依据拉削余量分配确定榫槽拉刀采用的组合拉刀块结构。本发明能够科学高效解决榫槽粗拉削余量分配问题。

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种基于多约束优化的榫槽粗拉削余量优化方法。

背景技术

F级重型燃气轮机透平端涡轮盘的枞树型槽型圆周分布在轮盘侧面，并在轮盘厚度方向呈现斜直槽。于是，可以选择拉床拉削直槽的槽型。枞树型榫槽成形的创成过程就是拉刀工作顺序分配过程，也是拉削余量的分配过程。对于榫槽拉削余量的分配，可以分为非型线粗加工阶段和型线精加工阶段。其中，粗加工阶段主要目的是尽可能在短的时间内去除加工余量，所以多采用直刃拉刀。拉刀的特征是多齿按照序列顺序依次切削材料。拉削余量的分配包括确定组成齿的排布方式、去除材料时序、每齿切削量(齿升量)、切削宽度、齿数和齿距等。在制定粗拉削余量分配过程中，需要综合考虑拉削工作负载(机床承载能力)、拉削表面完整性、拉削刀具结构强度、切削加工效率和拉刀寿命等多种约束因素。然而，目前针对榫槽的粗拉削余量分配，多是经验设计或参考设计，没有完善科学的设计方法。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于多约束优化的榫槽粗拉削余量优化方法，能够高效解决榫槽粗拉削余量的分配问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于多约束优化的榫槽粗拉削余量优化方法，以粗拉刀刀齿参数为自变量，建立拉削材料去除率为目标函数；以拉削负载约束和拉刀应力强度约束为优化耦合双重约束，建立榫槽粗拉削余量优化模型，从而得到粗拉削余量分配方法；依据拉削余量分配确定榫槽拉刀采用的组合拉刀块结构。

所述的目标函数为：其中：MRR为拉削材料的去除量，z_w为拉刀的最大工作齿数，h_fi为拉刀的齿升量，L_i为每段刀具切削刃的长度，V_c为拉削速度。

所述的拉削负载约束具体为：z_wF_cL_iV_c＜P_l、和其中：z_w为拉刀的最大工作齿数；F_c为刀具的每个齿的切削力；P_l为拉床的最大功率；F_c切削合力；F_t为进给方向的切削力；F_f为法向方向的切削力；K_tc和K_te为进给方向切削力系数；K_fc和K_fe为法向方向切削力系数。

所述的拉刀应力强度约束具体为：C_fσ_s≤[σ]_max和σ_s＝845.28·h_fi^0.4945·p^0.1568，其中：C_f为可靠性系数，范围为1.2～1.4；σ_s为刀具每个齿的切削应力；[σ]_max为材料的最大屈服应力。

所述的榫槽粗拉削余量优化模型，以拉削材料切削去除率最大为优化目标。

所述的组合拉刀块结构为：矩形槽粗拉削部分的拉刀和斜直齿拉刀完成齿侧非型线部分的粗拉削进行组合的结构。

技术效果

本发明整体解决现有技术无法有效解决榫槽粗拉削余量的分配问题。