基于遗传算法的加工参数优化的研究
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机制造
孙合新?基于遗传算法的加工参数优化的研究
基于遗传算法的加工参数优化的研究
孙合新
徐州罗特艾徳环锻有限公司,江苏徐州2211004)
摘要:为了避免选择过于保守的参数值,科学合理地选择切削加工参数,提高生产效率,根据
实际的生产条件,以机床、刀具和材料等情况为约東,建立以最高生产效率为目标的函数,运用
遺传算法进行参数的优选,为新杌床、新工艺确定最优的切削参数。
关键词:切削参数;遺传算法;轮盘赌法
中图分类号:TP391.7文献标识码:A文章编号:1671-5276(2012)04006702
Optimization of Processing Parameters Based on Genetic Algorithm
SUN He-xin
(Xuzhou Rothe Erde Ring Mill Co, Ltd. Xuzhou 2211004, China)
Abstract: In order to avoid er onsevatie ice of parameter alues, scientific and rational machining parameters are selected
to improve production efficy Ardin e cmi ons of h actual producion machine tools, cutting tools and materials
this paper establishes a goal fuction of mx mm production ffiec an uses the genetic alorithm to optimize the parameters
for the new machines, new technology
Key words cutting parameters; genetic algorithms; roulette method
V一原材料的体积;
0引言
切削深度
切削速度
在过去的机械加工中,切削参数都是由工艺人员査询相
。一换刀需要的时间;
关手册并结合加工经验来确定的。随着科学技术的不断发
刀具的耐用度
展,越来越多的新型加工设备,新的工艺流程不断涌现,以往
f一切削进给量;
积累的加工经验,已经很难应用到这些新型设备的加工过程
必要的辅助时问
中,而采用原始的试制流程会浪费大量的时间和资源,获得
x一切削速度的切削系数;
的参数也可能与实际情况有很大出人。利用优化算法、数控
y一进给量的切削系数;
仿真加工对已知的机床参数、材料数据、刀具信息进行科学
z一切削深度的切削系数;
推算,可以及早消除材料与刀具干涉、切削量过大等问题,缩
Crー刀具耐用度系数。
短研制周期,提?占领市场,提高企业竞争力。
b)生产成本最低函数
以生产过程消耗成本最低为优化目标,建立以下函数
切削参数的优化
关系
=C.+1/7(C+:C.)
(2)
在设定切削参数时,以切削速度、切削量等为优化变其中:
量,利用仿真加工调整切削过程中的数据,以得到最优的
C一生产成本
切削参数。为达到这一日的,首先需要建立一个针对目标
C一生产单个工件损耗刀具的费用;
函数(即切削参数)的数学模型,通过求解目标函数的极
C.一此生产工序在单位时间内所消耗的资源,主要包
小值和极大值来反映加工过程中优化变量的变化。在此括:T人工资,设备固定资产折旧,水费、电费、切削液等生
以铣削加工.为例,首先确定以下目标函数:
产必须费用,以及企业一般管理费等。
a)生产率最大函数
其余符号的含义见式(1)
以单个零件加工所需的时间t。最小为优化目标,建
利润率最高函数
立以下函数关系
以在单位时间内,企业所能获得的最大利润为目标
t。=V(1+/T)/(1000o0+4,)
建立以下函数关系
T=CT/UP ai
F=(S。-C。-Cn)/t。
(3)
其中
其中:
单个零件加工所需的时间
一企业利润
作者简介:孙合新(1982-),男,江苏徐州人,本科,主要从事设备管理及相关技术类工作。
Machine Building Automation, Jun 2012, 41(4): 67-68, 82
机械制造
孙合新?基于遗传算法的加工参数倪化的研究
S,一产品收益;
Cm一原材料成本。
2切削参数优化约束条件
其余符号的含义见式(1)和(2)。
d)综合评定函数
在优化切削参数的系统中,最终的约束条件受到诸多
由于在实际生产过程中,生产效率最高、生产成本最因素的影响,不再单单是简单的数学计算问题。在本系统
低、获得利润率最大是互不相容,不可能同时实现的。因中,铣削加工切削参数优化的约束条件如下
此,追求的目标并不是要求加工成本最低、切削时间最短、
a)铣床的转速:
利润率最高能够同吋实现,而是根据要实际的生产加工情
(9)
况,通过确定加工成本、加工时间和利润率的之间重要程
10000 Imin St Stmw=100
度,来得到一个能够使以上三方面都相对满意的切削参
机床所能提供选择的最大及最小切削
数。本文采用多目标优化法求解最优切屑参数。进行多速度
目标优化时其建模的三个要素为
b)切削功率Pn
1)控制变量最能符合系统目标的一组数值,以数值
切削功率一般应小于机床的额定功率P与机床效
的变化来反映系统的特性;
率m的乘积,即
2)目标函数一系统目标与控制变量之间的函数关系,即
≤Psm
(10)
利用已知的控制变量来求解系统目标的函数关系式;
3)约東条件一控制变量必须遵守的前提条件
1000
解决多目标优化问题有很多种方法,本文选用综合评
(12)
价法,即根据既定目标的特点,把与此目标有关系的多个式中:F一切削力;
分員标函数转化为一个数值目标函数,此函数称为评价函
C一加工能力,它的取值决定于设备性能;
数,把求解多目标最优化问题转化为求解单个目标最优化
切削力受切削深度影响的指数
的问题。本文采用统一目标法对以上三个单目标优化函
一切削力受进给量影响指数;
数进行优化。其实质就是将三个目标函数,C,F用
在不同的生产条件下,对切削力进行相应修
个总的“统一目标函数”F(x)来表示,令
正的系数
F(x)=fft, C,, F]
c)机床转速及进给量
出于各个分目标函数相对于总目标的重要程度和影响
选择的铣床转速n,应大于机床的额定最小转速且小于
存在差异,为丁了能够使各个分目标函数都能更加真实地趋向机床的额定最大转速。进给量υ也应满足类似的条件,即
于各自的最优解,本文采用加权分析法。即令总目标函数
nmin≤几≤nmx
9f,(x)
:n≤。≤0
式中,0:为第项分目标函数/(x)的加权因子,是个大于
(13)
1000
10002v
零的数值,它的值取决于各个分目标的影响和重要程度