论文题目：五轴铣削加工精度可靠性分析与加工工艺参数优化设计
摘要：高档数控机床作为制造业发展的十大重要领域之一,其加工水平的不断提高对制造业强国的建设起到至关重要的作用。数控机床的加工精度是衡量机床性能的重要指标之一,刀具作为数控机床加工系统中重要的零部件,因其磨损导致加工精度差、可靠性低等问题制约了数控机床性能的发挥。因此,对数控机床铣削加工精度进行可靠性分析和加工工艺参数优化设计具有重要的意义。本文针对五轴数控机床铣削难加工材料过程,展开了刀具磨损建模、五轴铣削加工精度可靠性建模、铣削加工精度可靠性分析和加工工艺参数优化设计四个方面的工作,具体研究内容如下:（1）本文针对参数维数高、样本少、非线性程度高的刀具磨损过程,考虑了加工工艺参数对刀具磨损的影响,以加工工艺参数为变量设计了正交实验。利用复映孔测量方式获得刀具磨损实验数据,采用高斯过程建立了刀具磨损模型,并通过刀具磨损实测值与预测值的对比,验证所建刀具磨损模型的正确性。（2）加工过程中存在多项误差影响数控机床加工精度,如机床运动误差、刀具磨损误差、刀具制造误差等。本文以LU-400五轴数控机床加工系统为对象,充分考虑加工中各项误差,根据多体系理论和齐次坐标变换表述了低序体间相关关系,科学合理地建立了五轴铣削加工精度可靠性模型。（3）针对五轴铣削加工过程中同时存在的静态误差和动态误差,提出基于并行学习函数的单循环Kriging代理模型时变可靠性方法,对五轴数控铣削加工精度可靠度进行分析。根据计算结果获得了五轴铣削加工精度可靠度随时间变化的趋势。（4）以加工效率最优为目标、期望加工精度可靠度与刀具寿命为约束条件建立了加工工艺可靠性优化设计模型。采用基于并行学习函数的单循环Kriging代理模型时变可靠性方法求解可靠性分析过程,以序列二次规划法求解优化设计过程,确定最佳加工工艺参数值。加工工艺参数经优化设计后,加工效率提高11.10%,加工精度可靠度与刀具寿命分别达到99.18%与42.37 min。通过对五轴铣削加工精度可靠性分析和加工工艺参数优化设计,在满足加工精度可靠度和刀具寿命要求的前提下,提高了难加工材料的加工效率,为数控铣削加工工艺参数选择提供了理论依据。
关键词：五轴数控机床;刀具磨损;可靠性分析;优化设计;加工工艺参数
学科专业：机械工程
摘要
ABSTRACT
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 刀具磨损研究现状
1.2.1 刀具磨损测量
1.2.2 刀具磨损建模
1.3 数控机床可靠性研究现状
1.3.1 数控机床误差建模
1.3.2 数控机床可靠性分析
1.4 优化设计研究现状
1.5 存在的问题、研究内容及论文结构框架
1.5.1 存在的问题
1.5.2 研究内容
1.5.3 论文结构框架
第二章 考虑刀具磨损的五轴铣削加工精度可靠性建模
2.1 刀具磨损分析及建模
2.1.1 刀具磨损分析
2.1.2 基于高斯过程的刀具磨损建模
2.2 考虑刀具磨损的五轴数控铣削加工综合误差建模
2.2.1 五轴数控机床多体系统描述
2.2.2 五轴数控机床相邻单元间的齐次坐标变换
2.2.3 误差源分析
2.2.4 加工误差建模
2.3 五轴铣削加工精度可靠性模型
2.4 本章小结
第三章 刀具磨损实验及磨损模型分析
3.1 刀具磨损量测量
3.2 刀具磨损实验
3.2.1 实验因素确定与正交实验设计
3.2.2 实验条件
3.2.3 实验过程
3.2.4 实验结果
3.3 刀具磨损结果分析
3.3.1 刀具磨损预测与验证
3.3.2 刀具寿命影响因素分析
3.4 本章小结
第四章 五轴铣削加工精度可靠性分析
4.1 时变可靠性理论
4.1.1 时变可靠性简介
4.1.2 时变可靠性分析方法
4.2 基于并行学习函数的SILK时变可靠性分析方法
4.2.1 建立Kriging代理模型
4.2.2 主动学习函数
4.2.3 收敛条件与可靠度求解
4.3 五轴铣削加工精度可靠性分析实例
4.4 本章小结
第五章 五轴铣削加工工艺参数优化设计
5.1 加工工艺可靠性优化设计模型
5.1.1 确定设计变量
5.1.2 建立目标函数
5.1.3 建立约束条件
5.2 加工工艺可靠性优化设计求解
5.2.1 序列二次规划法概述
5.2.2 可靠性优化设计求解流程
5.3 加工工艺参数优化设计结果及其分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
1 作者简历
3 参与的科研项目及获奖情况