遗传算法优化机床切削参数的研究

基于混合改进型遗传算法的螺旋铣孔孔群加工路径优化研究

李忠群;郭文慧;王志康

【摘 要】在业已确定螺旋铣孔切削参数的前提下,孔群加工路径的优劣对加工效率有较大影响.研究TSP数学模型,应用混合改进遗传算法求解孔群加工路径优化模型,获得优化的加工路径.将3种算法基本遗传算法、蚁群算法和混合改进型遗传算法进行对比可知,本文提出的优化方法可有效缩短走刀时间.

【期刊名称】《湖南工业大学学报》

【年(卷),期】2016(030)004

【总页数】6页(P27-31,73)

【关键词】遗传算法;螺旋铣孔;路径优化;蚁群算法

【作 者】李忠群;郭文慧;王志康

【作者单位】湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲412007;湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲412007;湖南工业大学机械工程学院,湖南株洲412007

【正文语种】中 文

【中图分类】TG54;TH313

螺旋铣孔是近年来新兴的一项柔性制孔技术，能用同一把刀具加工各种不同直径的孔［1-2］。螺旋铣孔工艺采用以铣代钻的方式，弥补了传统加工的不足，被广泛运用于高硬材料、钛合金及碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced

polymer/plastic，CFRP）的制孔中［3-6］。采用螺旋铣孔工艺加工孔群时［7］，由于各孔的相对位置及孔径的不同，刀具在孔群中的移动顺序将直接影响走刀时间。因此，有必要对走刀路径进行合理规划，使刀具空行程最短。通常，数控编程人员根据设计图纸人为确定加工路径，这种做法在孔数较少时尚能确保加工路径基本合理，但随着孔数目的增加，很难保证能获得合理的加工顺序。

孔群路径优化问题可以直接抽象为典型的旅行商问题（travel saleman problem，TSP）。旅行商问题是一个经典的组合优化问题［8］，具体描述如下：有一旅行商要访问n个城市，每个城市必须访问且只能访问一次，需要寻求到一条包含所有n个城市的最短访问路线［9-10］。从图论的角度来看，该问题实质是在一个带权完全无向图中，找一个权值最小的Hamilton回路。由于该问题的可行解是所有顶点的全排列，随着顶点数的增加，会产生组合爆炸，因此它是一个NP（non-deterministic polynomial）完全问题。NP完全问题一般被认为是人们难以在有限的时间和空间内对问题求出最佳解的问题，利用非常规的求解技术求解是其常用的一种方法［11-12］。早期研究者使用精确算法如分枝定界法、线性规划法和动态规划法等来求解规模较小的旅行商问题，但运用到规模较大的问题中时，这些方法效果并不理想。因此，近来国内外学者重点采用智能算法诸如遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法、禁忌搜索算法、贪婪算法和神经网络算法等来求解该问题。

第17卷第2期2001年6月机械设计与研究MachineDesignandResearchVol.17No.2June.,2001 文章编号:1006-2343(2001)02-060-03基于遗传算法的铣削参数优化杨 勇, 沈秀良, 邵 华(上海交通大学 机械工程学院,上海 200030)摘 要:研究了在加工中心环境下,铣削加工切削参数的优化选择问题。通过考虑机床和工件的实际约束,建立了以最大生产率为目标的切削参数数学模型。应用遗传算法,及所建模型对铣削参数进行了寻优并进行了实例验证。关键词:金属切削;优化;遗传算法中图分类号:TG501.2 文献标识码:A

收稿日期:2000-10-25 切削参数的优化选择是CAPP系统中的一个重要组成部分,它对于提高产品生产率、降低生产成本、提高设备利用率具有重要意义。近年来,随着数控技术的普遍应用,以及各种先进制造技术的迅速发展,生产辅助时间大大降低,相应地切削加工时间所占的比重就大大提高。因此缩短切削加工时间,对提高加工生产率起到重要作用。目前大多数工厂在生产中凭经验或参考切削用量手册来选择切削用量,这往往达不到切削参数的最优选择。现在,运用现代切削理论、数学建模与模型分析方法寻求切削参数的最优组合,是切削参数选择的一个重要方向。本文论述了在加工中心环境下,铣削加工切削参数的优化选择。通过考虑机床和工件的实际约束,建立以最大生产率为目标的切削参数数学模型。应用遗传算法,及所建模型对铣削参数进行了寻优并进行了实例验证。1 铣削切削参数数学模型 加工中心的铣削加工与传统的铣床加工相比较有以下特点[7]:(1) 在加工中心,由于机床刚度好,精度高,往往可以选择更高的切削用量;(2) 加工中心的切削速度和进给量是无级调速,切削参数是连续变量。基于以上特点,下面建立铣削加工切削参数数学模型:1.1 模型决策变量当工件、刀具、机床参数都确定后,影响加工生产率的主要因素为切削速度、进给量、以及切削深度。在加工中心上,每次切削深度由实际情况决定,故把它作为已知量。所以模型决策变量为x1:切削速度v;x2:铣刀每齿进给量fz1.2 以最大生产率为目标的目标函数批量生产时,完成一道铣削加工的工时tw为[8]tw=tm+tc+th+tot(1)式中 tm)))工序的切削时间[8]tm=(PDL)/(1000x1x2Z)(2)式中 D)))刀具直径 L)))切削长度 tc)))工序之间的换刀时间 th)))由于刀具磨损的平均一道工序的换刀时间[9]th=PLT磨1000C1mVx1m-11xym-12apmeZumakmpD1-qm(3)式中 T磨)))刀具磨损的换刀时间 L)))切削长度 D)))刀具直径 ae、ap)))铣削宽度和深度 Cv、m、y、p、u、k、q)))铣刀刀具耐用度系数 tot)))除换刀时间以外的其它辅助时间按照最大生产率目标,其目标函数为minf1(x1,x2)=tc+PDL1000x1x2Z+PLT磨1000C1mV@x1m-11xym-12apmeZumakmpD1-qm +tot(4)1.3 约束条件由于受所选机床的主轴转速、进给量、进给力、切削扭矩、机床功率、工件质量等限制。加工时,决策变量应该满足以下的约束条件:(1) 切削速度应该满足机床主轴转速约束:g1(x1,x2)=PDNmin1000-x1[0(5)g2(x1,x2)=x1-PDNmax1000[0(6)式中 Nmin、Nmax)))加工中心最低、最高主轴转速(2) 进给量要满足每齿进给量约束:g3(x1,x2)=PDVfmin1000Zx1-x2[0(7)g4(x1,x2)=x2-PDVfmax1000Zx1[0(8)式中 Vfmin、Vfmax)))加工中心最小、最大切削进给速度 第2期杨 勇等:基于遗传算法的铣削切削参数优化 61

基于遗传算法的高温合金GH4169高速铣削参数优化的研究

朱悦宏;田龙;李云虎;刘志嘉;孙天仕

【摘 要】以产品、机床、刀具及产品质量为约束条件,建立了以最佳生产效率、最小加工成本为优化目标的参数优化模型.基于遗传算法开发了高速铣削参数优化软件,并在给定条件下获得了高温合金GH4169高速铣削参数优化结果,为航天器制造企业提高高温合金零件机械加工效率,降低成本提供了参考依据.

【期刊名称】《世界有色金属》

【年(卷),期】2017(000)010

【总页数】3页(P118-120)

【关键词】航天;高温合金;高速铣削;遗传算法;参数优化

【作 者】朱悦宏;田龙;李云虎;刘志嘉;孙天仕

【作者单位】天津航天长征火箭制造有限公司,天津300462;天津航天长征火箭制造有限公司,天津300462;天津航天长征火箭制造有限公司,天津300462;天津航天长征火箭制造有限公司,天津300462;天津航天长征火箭制造有限公司,天津300462

【正文语种】中 文

【中图分类】TF805.1

高温合金GH4169在航天器上有着广泛的应用，尤其在耐受高温的关键部位上，承担着不可或缺的作用。GH4169合金具有导热系数小、摩擦系数大、加工硬化严重等特点，因此，加工产品时，切削力大、切削温度高、刀具容易磨损、塑性变形大、产品表面质量和精度不易保证[1-3]。

由于航天对GH4169 的需求较多，对GH4169合金的研究引起了高度重视，刘钢、何宁［4］等研究了铣削GH4169时不同切削条件和不同切削参数对铣削力的影响；龙震海、王西彬［5-7］等研究了GH4169高速切削条件下刀具结构对刀具磨损影响。

目前航天器制造企业在生产中还没有完全发挥出高速切削加工的优势，所使用的切削工艺性价比还不是很高。本文在前人研究成果的基础上，建立数学建模，分析优化，为工艺员和一线工人选择合适的切削参数，提高高速铣削的加工效率，降低企业生产成本。

・设计与研究・　组合机床与自动化加工技术　

文章编号：１００１～２２６５（２０１０）１２—００１０—０３　

镍基合金高速切削性能分析及参数优化　

高东强，黎忠炎，毛志云　

（陕西科技大学，西安７１００２１）　

摘要：对镍基合金切削过程进行有限元建模和动态数值模拟，并结合高速切削试验平台，通过多元正　交试验分析切削参数对切削力及刀具磨损的影响规律，得到基于切削用量的切削力和刀具寿命预测　模型。最后应用遗传算法对切削参数进行合理选择与优化，试验所得数据为镍基合金高速切削工艺　

参数的选择提供了参考和依据。　

关键词：高速切削；切削参数；遗传算法；优化　中图分类号：ＴＨ１６；ＴＧ６５　文献标识码：Ａ　

Ｃｕｔｔｉｎｇ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｎｉｃｋｅｌ－ｂａｓｅｄ　Ａｌｌｏｙ　Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ｃｕｔｔｉｎｇ　

ＧＡＯ　Ｄｏｎｇ—ｑｉａｎｇ，ＬＩ　Ｚｈｏｎｇ—ｙａｎ，ＭＡＯ　Ｚｈｉ—ｙｕｎ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ　７　１　００２　１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｎｉｃｋｅｌ－ｂａｓｅｄ　ａｌｌｏｙ　ｃｕｔｔｉｎｇ，ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｈｉ８ｔｌ・ｓｐｅｅｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎａｌｙｓｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｌａｗ　ｔｈａｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　

ａｎｄ　ｔｏｏｌ　ｗｅａｒ　ｂｙ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐ　ｅｒｉｍｅｎｔ，ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｔｏｏｌ　ｌｉｆｅ　ｐ　ｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｐｐｌｙ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｔｏ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｓｅｌｅｃｔ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，