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用0.618法優(yōu)化冷硬鑄鐵輥的加工

0 引言

在金屬切削加工中承副，經(jīng)常需確定一些參數(shù)(如：刀具幾何參數(shù)苗踪，切削用量等)跪者，一般地，這些參數(shù)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或查手冊(cè)獲得妹卿，但遇到一些疑難工件的加工時(shí)旺矾，就需要通過實(shí)驗(yàn)來確定，為減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)纽帖，常用一定的優(yōu)化方法宠漩，我校工廠就接到一批冷硬鑄鐵工件的加工任務(wù)，時(shí)間緊任務(wù)重懊直，我們采用0.618優(yōu)選法對(duì)其加工過程進(jìn)行優(yōu)化扒吁，取得了滿意的效果。

圖1 0.618法優(yōu)化過程

1 0.618優(yōu)選法簡(jiǎn)介

0.618法是一種單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化法旱醉⊙ⅲ可用一種帶有刻度的紙條來表示所需優(yōu)化的參數(shù)范圍，設(shè)優(yōu)化的是車刀主偏角敬育，范圍為10°～80°平葡，如圖1(a)崭守。
首先在紙條總長(zhǎng)度的0.618處劃上一條線，這條線所指的刻度(53.26°)宗而，就是第一次所選出的刀具角度(如圖1(a))浙辫。然后把紙條對(duì)折，在與 53.26°對(duì)稱的地方再劃一條線(此處為36.74°)攻躏，這就是第二次所選的角度郊檐，如圖1(b)。按兩個(gè)角度分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)跃唧，如果53.26°處比較好茴怀，則把36.74左邊的紙條剪掉，如圖(c)令怎；反之找筝，則把53.26°處右邊的紙條剪掉。再把紙條對(duì)折慷吊，在53.26°對(duì)稱的地方袖裕，又可劃出一條線，此處是 63.48°罢浇，這就是第三次所選出的角度陆赋，如圖1(d)。在63.48°處實(shí)驗(yàn)后嚷闭，和53.26°處比較攒岛，如果仍然是53.26°處比較好，則把 63.48°右邊的紙條剪掉如圖1(e)胞锰；反之灾锯，則把53.26°處左邊的紙條剪掉。
留下的部分按同樣方法繼續(xù)做下去嗅榕，取已試點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)顺饮，比較和取舍，留下好點(diǎn)凌那，去掉“壞點(diǎn)”以外的部分沿阁。注意每次留下紙條的長(zhǎng)度等于上次長(zhǎng)度的0.618倍。就這樣董记，實(shí)驗(yàn)比較铆贞，再實(shí)驗(yàn)再比較，一次比一次更接近合適的角度檀塌。應(yīng)用此法伶摩，每次可排除試驗(yàn)范圍的38.2%，可大大減少試驗(yàn)次數(shù)，迅速找到最佳點(diǎn)昂幕。
各次試驗(yàn)點(diǎn)也可按下式計(jì)算：
第一試驗(yàn)點(diǎn)：A1=(大1-小1)*0.618+小1
第二試驗(yàn)點(diǎn)：A2=大2+小2-上次好點(diǎn)值
……
第i試驗(yàn)點(diǎn)：Ai=大i+小i-上次好點(diǎn)值
用以上公式計(jì)算的結(jié)果都是小數(shù)挺候。為了方便，對(duì)角度可采取四舍五入的方法(在實(shí)際生產(chǎn)中庶化，刀具的角度大都取整數(shù))即钞。

圖2 冷硬鑄鐵輥零件簡(jiǎn)圖

圖3 優(yōu)化前后車刀的幾何參數(shù)

圖4　主偏角優(yōu)化過程

2　冷硬鑄鐵輥加工的優(yōu)化

使用設(shè)備　C1660車床
加工零件　f730×4180mm冷硬鑄鐵輥(毛重14t，凈重9t)腺帽，如圖2怎晰。
刀片材料　YG8硬質(zhì)合金
刀桿材料　45鋼
優(yōu)選前：
切削速度v=6.8m/min，進(jìn)給量f=0.5～1.2mm/r敛苇，切削深度ap=1～1.5mm，刀具主偏角K=75°顺呕，前角g=5°枫攀，刃傾角l=0°，如圖3(a)株茶。
按上述參數(shù)加工時(shí)来涨，由于冷硬鑄鐵輥毛坯表面有深度＞25mm的冷硬層，冷硬層的硬度很高启盛，很難加工(僅輥身加工一刀就需4個(gè)班)蹦掐，刀具磨損快(十幾分鐘就需磨一次刀)，生產(chǎn)效率低僵闯，并且精度差卧抗。其主要原因是刀具主偏角太大，刀尖薄弱鳖粟；切削用量不合適社裆，因此改用寬刃刀，刃寬為15mm向图，并且對(duì)車刀的主偏角K和切削用量進(jìn)行優(yōu)化谈毫。
優(yōu)選過程：
  1. 刀具主偏角優(yōu)化。因刀具主偏角不宜過大碉讯，所以確定優(yōu)化范圍為0°～45°鹤鲤，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較，第④點(diǎn)好订淑，主偏角K=23°枷辫。如圖4。
  2. 主偏角優(yōu)化后母滤，刀具耐用度有所提高拔翠，但由于刀刃與工件接觸寬度較大，加工時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，為改變此狀態(tài)翅窥，需對(duì)刃傾角進(jìn)行優(yōu)化圣钝，為了不至于過分削弱刀尖，刃傾角也不可能很大没惶，優(yōu)選范圍定為0°～15°肖喂，如圖5。
    經(jīng)實(shí)驗(yàn)比較庆杜，第④點(diǎn)好射众，故刃傾角l=8°。


    圖5 刃傾角優(yōu)化過程

    圖6 主軸轉(zhuǎn)速優(yōu)化過程

    圖7 進(jìn)給量?jī)?yōu)化過程
    表1 優(yōu)選前后參數(shù)對(duì)照表
    &bnsp; 主軸轉(zhuǎn)速
    (r/min)    		 進(jìn)給量
    (mm/r)    		 主偏角
    (°)    		 前角
    (°)    		 刃傾角
    (°)    		 刀片材料 粗糙度
    Ra    		 耐用度
    (min)
    優(yōu)選前 3 0.5～1.2 75 5 0 YG8 25 12
    優(yōu)選后 6 5 23 8 8 YG6X 12.5～6.3 120
  3. 為了提高生產(chǎn)效率晃财，固定刀具角度叨橱，優(yōu)化切削用量：

    1. 優(yōu)選主軸轉(zhuǎn)速n，考慮工件直徑較大断盛，優(yōu)選范圍定為：1～13r/min罗洗，如圖6。
      經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較钢猛，第④點(diǎn)較好伙菜，故n=6r/min。
    2. 優(yōu)選進(jìn)給量f命迈，考慮到采用寬刀加工(已采取防振措施)贩绕，背吃刀量相對(duì)較小，可采用較大的進(jìn)給量壶愤，定優(yōu)化范圍為0～15mm淑倾，如圖7。

3 結(jié)論

優(yōu)選后真葱，刀具(如圖3(b))的主偏角減小并采用寬刃刀宴忱，相應(yīng)地增大了刀尖強(qiáng)度和熱容量；磨出8°刃傾角讨砍，避免了加工中的振動(dòng)巾妇；同時(shí)增大車刀前角，可減少機(jī)床動(dòng)力消耗佩讨，使切削輕快哥甲，這些均有利于提高切削用量。優(yōu)選前輥身部分加工需要96小時(shí)把毒，優(yōu)選后只需4個(gè)多小時(shí)裹耗，提高工效19倍，刀具耐用度提高9倍徽捶。


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