基于多岛遗传算法的数控铣削工艺参数优化研究

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7075是铝合金的一种常用合金,具有质轻、高强度、韧性好、结构紧密及耐腐蚀性强的优点,被广泛应用于航空航天精密零部件、汽车外形与重要部件制造等领域。7075铝合金在切削过程中,因高强度物理性质,导致加工过程中机床主轴振动异常、切削力大、粘刀、振刀、刀具磨损和加工表面质量不易保证等因素影响,为弥补7075铝加工工艺参数研究中的不足,对其进行工艺参数优化研究意义非凡。基于此,本文以7075铝合金数控铣削实验为基础,面向高质量、高性能的加工工艺参数优化研究。全面分析切削力、铣削振动及工件表面质量随工艺参数的变化规律,并给出7075铝合金优化后工艺参数。主要研究内容如下:(1)开展铣削实验前准备工作。选用VDF-850A数控机床作为实验设备;制定实验方案,确定铣削方式为顺铣、干式单向走刀,选定实验材料、刀具等。(2)进行了铣削力与铣削振动实验及分析。采用Kistler9075B型测量平台与DP700型动态信号分析仪对铣削力、振动表征参数进行测量。为研究铣削力、铣削振动及表面质量随铣削参数的变化规律,采用单因素实验和基于响应曲面法的中心复合多因素实验进行分析,并建立铣削合力与铣削振动多项式模型,得到的模型拟合结果较好,满足工程要求。(3)进行了表面粗糙度的测量及分析。采用Mitutoyo SV-3100型表面粗糙度测量仪对被加工工件进行测量,单因素实验结果表明,表面粗糙度随主轴转速的增加而减小,随进给速度、铣削深度、铣削宽度的增加而增大,并通过金属铣削原理对变化规律进行诠释;通过中心复合多因素实验结果,结合多因素交互响应曲面图对铣削参数进行研究,并建立表面粗糙度多项式模型,模型显著性好,满足工程要求。(4)进行了各个多项式模型权重系数的确定。选用层次分析法(AHP)和熵权法组合的形式,将分别计算得到的主、客观权重系数,带入乘法归一组合赋权法,得到铣削合力、振动和表面粗糙度模型的主、客观组合权重系数。(5)进行了多岛遗传算法的参数优化研究。以主轴转速、进给速度、铣削深度和铣削宽度为约束条件;以最小铣削力、最低振动和最高表面质量模型为优化目标,建立以AHP-熵权法主、客观赋权形式的综合目标优化函数模型,采用多岛遗传算法进行参数优化,得出最优的7075铝加工组合工艺参数。
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