双曲面麻花钻的刃磨参数及螺旋沟槽结构参数节能优化

【摘要】：麻花钻，俗称钻头，是一种使用量很大、形状复杂的孔加工刀具，其使用过程中存在的主要问题之一是切削性能不佳，钻削能耗偏大。长期以来，人们一直致力于圆锥面麻花钻的刃磨方法及其钻尖结构的优化改进，对于双曲面后刀面麻花钻的刃磨方法和前刀面螺旋沟槽的改进研究则很少涉及。显然，在全球能源危机日益严重的今天，如何降低双曲面麻花钻的钻削能耗就成为一个急需解决的问题。为此，本文应用现代优化技术对双曲面麻花钻的后刀面刃磨参数及前刀面螺旋沟槽结构参数进行节能优化设计，以期达到双曲面麻花钻的钻削功率最小的目的。 首先，建立了以单叶双曲面为后刀面，前刀面螺旋沟槽发生线分别为直线和曲线的双曲面麻花钻几何模型，以及基于平面表像法的主刃和横刃的工作切削角度计算模型。 其次，应用单元刀具线性综合法，建立了双曲面麻花钻的刃磨参数、螺旋沟槽结构参数与钻削功率之间的关系模型。其中，采用滑移线场理论计算出了刻划区的半径及其所贡献的轴向力，根据端面车削试验和斜角切削理论建立了计算钻头主刃和横刃钻削力的单元刀具三维切削力经验模型。 最后，以钻削功率计算模型为基础，提出了以钻削功率最小为目标的双曲面麻花钻刃磨参数及螺旋沟槽结构参数优化方法，并在MATLAB平台上应用约束遗传算法GA，编程实现了这一优化方法。计算结果显示，钻削45钢工件时，与未优化的双曲面麻花钻相比，螺旋沟槽发生线为直线和曲线的优化钻头钻削功率分别降低了约14.3%和11.1%，且优化钻头不会发生后刀面干涉现象。这表明，所提出的双曲面麻花钻刃磨参数及螺旋沟槽结构参数节能优化方法是有效的、可行的。 【关键词】：双曲面 麻花钻 螺旋沟槽发生线 钻削功率 遗传算法 节能优化
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG713.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题的来源、研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外麻花钻的研究现状9-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 2 双曲面麻花钻的切削角度计算模型15-33
• 2.1 平面表像法15-19
• 2.2 双曲面麻花钻的几何模型19-24
• 2.3 主刃的切削角度计算公式24-29
• 2.4 横刃的切削角度计算公式29-30
• 2.5 仿真算例30-33
• 3 双曲面麻花钻的钻削功率模型33-50
• 3.1 钻削力及钻削机理33-34
• 3.2 单刃斜角切削模型34-36
• 3.3 横刃上的钻削力36-39
• 3.4 基于单元刀具线性综合法的双曲面麻花钻钻削功率模型39-42
• 3.5 基于端面车削试验的单元刀具三维切削力经验模型42-50
• 4 双曲面麻花钻的刃磨参数及螺旋沟槽结构参数节能优化方法50-64
• 4.1 目标函数50-51
• 4.2 螺旋沟槽发生线为直线的双曲面麻花钻节能优化51-53
• 4.3 螺旋沟槽发生线为曲线的双曲面麻花钻节能优化53-56
• 4.4 钻削功率优化结果分析56-62
• 4.5 后刀面干涉检查62-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 结论64
• 5.2 展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文目录71

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