敬事技术与率用
采用遗传算法实现铣削用量多目标优化
邢晓红王皆宸窦小丽
(南京航空航天大学金城学院江苏南京211156)
算法分析
摘要：本文建立了以切前速度和每齿逻给量为设计变量，以高加工效率和低生产或本为优化目标以工艺装备和技术要求为约求条件的数控铣削用量多目标优化模型,运用遗传算法对模型中的设计变量进行优化。最后通过实例,验证了本方法的优化结累显著提高了机床的使用效率,降低了生产成本。
关键词：切制造度每齿进给量多日标优化建传算法中图分类号：TG54
文献标识码:A
数控铁前是制造业中最常用的加工方法之一，由于数控铣削加工费用高，因此在保证加工质量的前提下，提高加工效率，降低生产成本成为制造业面临的一大问题，如何优化数控铁前用量问题变得越来越突出。
最优的切用量是在保证质量和低成本的基础上，使切削速度 V.进给量和切削深度a,的乘积最大。但是最大切削用量受到机床性能、工件加工要求、刀具的切削性能及刀具寿命的限制(约束条件)。合理选择v，f、a，可实现高生产率，低成本，高加工精度和表面质量。 1遗传算法
作为一种随机的优化与搜索方法，遗传算法从问题集的申集开始搜索，覆盖面广，利于实现全局择优。通过个体选择、基因交叉、基
因变异构成遗传操作，最终求得间题的最优解。 2优化数学模型
根据数控铁削加工的特点，对其加工过程进行技术经济分析与研究，建立科学、合理的数学模型。采用合适的优化算法，在铣削用量的允许范围内，找到一组使目标函数值最小的数控铣削用量。所以，铣前用量优化的关键就是确定设计变量，优化目标和约束条件间的数值关系，即优化数学模型。
2.1设计变量
铣削时需确定的加工工艺参数包括vf(每齿进给量).a和a(铣削宽度)。由经验可知，粗加工时，a取D/2,D为铣刀直径(mm)精加工时，a取1~2mm，一般根据加工余量来选择a因此实际需要确定的变量是v和f。
即设计变量为：X=[v,J]。 2.2优化目标函数
以少工时和低成本为目标，采用线性加权求和法实现综合优化。设目标函数为F(v,J.)，则：
F(v, f.) = A(t / tr)+ Az(Cu / Cz)
(1)
其中：元1、22为加权系数，在粗加工、半精加工和精加工中，1、所占的比例不同，并且满足+2=1。t为加工单件的工时，
表1切削用量优化
ade /mamap /mmV /(m/min)n /(r/min)vy /(mm/min)/mm 衡
2200
优
优化前优化后
60
2400
218 288
表2加工时间和加工成本优化
加工时间fw/min
30.22 22.87
收移日期：2016-1028
加工成本Cw/元
49.14 39.46
0.05 0.06
文章编号:1007-9416(2016)12-0129-01
Cw为加工单件的生产成本，lg、C为未经优化的工时与成本，相除是为了实现无量纳标定。
2.3束条件
切削用量优化不能无限制的增大切削速度和进给量，要受到工艺系统的约束。与机床有关的约束条件包括主轴转矩、机床功率，机床刚度与进给机构强度等。与刀具有关的约束条件包括刀片和刀杆的强度与刚度，刀具寿命。与工件有关的约束条件包括加工精度、加工余量、表面粗度等
2.4适应度函数的确定
目标函数描述的是带约束条件的最小值优化问题，通过惩罚函数法可将其转化成无约束的优化问题。急罚函数法是间接解决带约束问题的优化算法之一，它将有约束条件的数学模型改造成无约束的数学模型，然后按无约束模型进行一系列的最优化求解，最终得到原问题的最优解。
设适应度函数为S，则：
S = F + R- P(F, rax F,) + R2 · P(P rn P_) + Rs · P(Ra mx R,)
+R-P(v)+ R-P(vv)+Ra-P(F)+Rt-P( ) (2) 其中：R(i=I-7)为惩罚因子,R·P(X)为惩罚项,F为进
给抗力，P为机床功率，R。为工件表面租糙度。
2.5优化结果
选择如下实验条件：工件材料为碳素结构钢，硬度100~ 150HBS，锻件，有外皮，采用高速钢球头铣刀D=8mm，R=4mm，H =80mm，刀齿数Z=2。加工要求为：粗铁Ra=6.3，机床类型： MIKRONUCP710五坐标立式加工中心，主轴电机功率P=6. 5KW，传动效率=0.8，进给抗力F.x=10000N，主轴转数n.
w=5000r/min，进给速度f.=0mm，f..x=2mm优化
100r/min,n. 结果如表1、表2
经过切削用量多目标模型优化后，加工该零件的时间减少了
24.3%，生产成本降低了19,7%。 3结语
遗传算法是以进化论为理论基础的数学优化方法，能在定义空间内进行启发式搜索，其优化效率明显高于已有的传统优化算法，适用于复杂多约束条件下的多参数多目标求解。利用本文建立的优化模型，调整各参数及约束条件，即可自动生成最佳铁削参数，显
著提高了机床的使用效率，降低了生产成本。参考文献
[1]邢晓红.高速镜削加工中的螺旋刀具轨遗生成及铣削用量优化研究[D].南京航空航天大学,2008(1).
[2]杨荣福，董申编.金属切削原理.机械工业出版社,1988(3)
[3]张文修,梁怡编著.造传算法的数学基础(第2版).西安交通大学出版社,2003(5)
基金项目：江苏省大学生创新创业划练计划项日(项目编号：201613655016X)。作者简介：部晚晓红(1980一),女,汉族，迁宁昌图人,硕士,讲师,研究方向：机械制遗指导授师：邢晓红。
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方方数据