高速铣削RoyAlloy模具钢铣削力及表面质量研究

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高速铣削技术具有高效率、低能耗和高质量等优势,近年来得到了飞速的发展。RoyAlloy作为一种新型的模具钢近年来得到广泛的应用,但由于高速铣削RoyAlloy模具钢尚没有相对完整的铣削参数数据库可供选择,不能充分发挥其优越性。本文根据五轴数控机床的特点,针对球头立铣刀高速铣削RoyAlloy模具钢的过程,研究铣削参数的变化对铣削力及表面质量的影响,建立铣削力及表面质量预测模型,为合理选用铣削参数提供依据。通过铣削力试验,分析铣削参数对铣削力的影响规律,建立了铣削力的预测模型,经验证其有良好的显著性,可用于预测铣削力。通过表面粗糙度试验,分析铣削参数对表面粗糙度的影响规律。结果表明粗糙度受各铣削参数影响由大到小依次是:ae>βn>βf>ap>fz>n;推导出表面粗糙度预测模型并对其进行验证。通过表面加工硬化试验,得出较优的铣削参数组合为:ae>βn>n>fz>βf>ap;建立表面加工硬化预测模型并验证了方程的精确性。以工件表面粗糙度和表面加工硬化程度最小为目标,建立优化模型,并使用改进型非劣分类遗传算法求解,得到较优铣削参数:n=20000r/min、fz=0.14mm/z、ap=0.05mm、ae=0.25mm、βf=40°、βn=40°。
摘要第5-6页
Abstract第6页
第1章 绪论第9-15页
    1.1 课题研究背景第9页
    1.2 高速铣削技术第9-10页
    1.3 RoyAlloy模具钢简介第10-11页
    1.4 研究现状第11-13页
        1.4.1 球头铣刀刀具位姿的研究第11页
        1.4.2 铣削力的研究第11-12页
        1.4.3 表面质量的研究第12-13页
        1.4.4 铣削参数优化第13页
    1.5 主要内容及技术路线第13-15页
        1.5.1 主要内容第13-14页
        1.5.2 技术路线第14-15页
第2章 铣削力试验与建模第15-37页
    2.1 刀具位姿简介第15-17页
        2.1.1 刀具位姿的转换第16-17页
    2.2 铣削参数对铣削力影响的试验第17-22页
        2.2.1 试验因素的确定第17-18页
        2.2.2 试验条件第18-20页
        2.2.3 正交试验设计第20-22页
    2.3 试验数据处理及分析第22-27页
        2.3.1 数据处理第22-25页
        2.3.2 试验结果的极差分析第25-27页
    2.4 铣削力建模第27-35页
        2.4.1 建模方法的确定第28-29页
        2.4.2 铣削力建模第29-35页
        2.4.3 铣削力预测模型的验证第35页
    2.5 本章小结第35-37页
第3章 表面质量研究第37-49页
    3.1 表面粗糙度试验第37-39页
        3.1.1 试验记录第37-38页
        3.1.2 试验结果分析第38-39页
    3.2 表面粗糙度建模第39-41页
        3.2.1 表面粗糙度建模第39-40页
        3.2.2 表面粗糙度预测模型的验证第40-41页
    3.3 加工硬化产生原因第41页
    3.4 加工硬化的评价指标第41-42页
    3.5 表面加工硬化的测量第42-46页
        3.5.1 测量方法第42-43页
        3.5.2 测量设备第43页
        3.5.3 表面显微维氏硬度的测量及数据记录第43-45页
        3.5.4 试验结果分析第45-46页
    3.6 表面加工硬化建模第46-48页
        3.6.1 表面加工硬化建模第46-47页
        3.6.2 表面加工硬化预测模型的验证第47-48页
    3.7 本章小结第48-49页
第4章 铣削参数优化第49-58页
    4.1 遗传算法介绍第49-51页
    4.2 Pareto最优解理论第51页
    4.3 铣削参数优化的模型第51-53页
        4.3.1 优化变量第51页
        4.3.2 约束条件第51-52页
        4.3.3 目标函数第52-53页
    4.4 基于MATLAB优化工具箱求解优化问题第53-57页
        4.4.1 优化问题的求解第53页
        4.4.2 优化结果分析第53-57页
    4.5 优化结果验证第57页
    4.6 本章小结第57-58页
结论第58-59页
参考文献第59-63页
附录第63-64页
攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果第64-65页
致谢第65页
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