一种基于改进遗传算法的密封环磨削工艺参数优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进遗传算法的密封环磨削工艺参数优化方案。首先，本发明专利技术选取磨削速度、工件进给速度、磨削深度为优化参数，以磨削比能、磨削温度、以及表面粗糙度为优化目标，建立优化参数与优化目标的函数模型。其次，根据优化目标与优化参数的函数模型以及优化目标与优化参数的约束条件即优化目标函数模型及约束条件建立密封环磨削工艺参数的优化数学模型。最后，采用基于改进遗传算法的多目标优化，先使用遗传算法和线性加权法将多目标、多变量和多约束问题简化为单目标优化问题，并对此优化模型进行求解，在求出范围解后，将范围解运用局部搜索算法求出其精确最优解。因此，本发明专利技术对密封环的磨削工艺优化有重要意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进遗传算法的密封环磨削工艺参数优化方法


[0001]本专利技术涉及到一种平面磨削工艺，尤其是一种关于密封环磨削工艺参数的优化方法。

技术介绍

[0002]工程机械常工作环境恶劣，受力复杂，恶劣的环境会造成机械轴类部件的磨损破坏。密封环具有抗污染能力强、耐磨、耐冲击、密封性能可靠、端面磨损自动补偿、结构简单及使用寿命长等优点，广泛应用于挖掘机等重载中低压工程机械密封中。目前，大多数密封环选用难加工材料，大大降低了其加工效率、加工精度也难以保证，因此，密封环磨削工艺参数的优化研究，对指导密封环磨削加工过程有很大帮助。只有解决密封环磨削过程中磨削工艺参数与磨削过程参数、磨削结果参数之间的关系，建立密封环磨削工艺的数学模型，对此数学模型进行参数优化设计才能更好的了解密封环磨削过程，找到密封环磨削的最佳参数。

技术实现思路

[0003]为实现密封环磨削优质高效的磨削加工，本专利技术提出一种基于改进遗传算法的密封环磨削工艺参数优化方法，首先，本专利技术选取磨削速度、工件进给速度、磨削深度为优化参数，以磨削比能、磨削温度、以及表面粗糙度为优化目标，建立密封环磨削的磨削工艺参数与优化目标之间的函数模型。其次，本专利技术根据优化目标与磨削工艺参数之间的函数模型以及优化目标与工艺参数的约束条件即优化目标函数模型及约束条件建立密封环磨削工艺参数的优化数学模型。最后，本专利技术采用基于改进遗传算法的多目标优化，先使用遗传算法和线性加权法将多目标、多变量和多约束问题简化为单目标优化问题，并对密封环磨削工艺参数的多目标优化模型进行求解，在使用遗传算法求出范围解后，再将范围解运用局部搜索算法求出其精确最优解。
[0004]进一步，所述目标函数模型与约束条件具体包括：
[0005]子步骤1
‑
1磨削力及磨削比能的计算公式：
[0006]以磨削速度V
s
，工件进给速度V
g
和磨削深度a
p
作为磨削工艺的优化设计参数。磨削力的建立分为经验式和理论式两种，本专利技术通过理论进行建立，通过动态磨刃数以及单位面积的磨削截面积进行建立。动态磨刃数为:
[0007][0008]式中，A
n
为与磨刃数一定比例的系数，A
n
≈1.2，C
e
是砂轮与工件接触面上磨粒密度和形状的系数，d
e
为砂轮的当量直径。V
s
为磨削速度，V
g
为工件进给速度，a
p
为磨削深度。指α和β又切刃分布决定。
[0009]砂轮与工件接触长度l内的磨削截面积为：
[0010][0011]式中，l
s
为磨削砂轮与密封环的接触弧长且有l为密封环上任意接触长度，A
n
为与磨刃数一定比例的系数，A
n
≈1.2，C
e
是砂轮与工件接触面上磨粒密度和形状的系数，d
e
为砂轮的当量直径。V
s
为磨削速度，V
g
为工件进给速度，a
p
为磨削深度。指α和β又切刃分布决定。
[0012]则其摩削力的理论计算公式为：
[0013][0014]式中，F
P
为密封环磨削面的单位磨削力，γ和ε的取值范围为0≤γ≤1；0.5≤ε≤1。
[0015]子步骤1
‑
2在密封环磨削过程中，其磨削过程较为复杂，磨削阻力大，磨削过程中的温度极易在表面形成局部高温。因此，对其磨削加工过程，以切除单位体积材料所消耗的能量即磨削比能最小作为优化目标是较为适宜的。磨削比能的计算式为：
[0016][0017]式中先F
t
为磨削力,b表示砂轮宽度。V
s
为磨削速度，V
g
为工进给速度，a
p
为磨削深度。
[0018]磨削温度的计算公式
[0019]在磨削过程中磨削温度同样是影响磨削精度的一个重要因素，合理的选择磨削参数对磨削温度的影响同样具有重要的作用。假设在密封环磨削过程中热量以一定比例传入工件，接触区温度与磨削力的关系为：
[0020][0021]式中，F
t
为磨削力,b表示砂轮宽度。V
s
为磨削速度，l
s
为磨削砂轮与密封环的接触弧长且有子步骤1
‑
3工件表面粗糙度的计算式为：
[0022][0023]上式中，表示砂轮磨粒的立体平均间隔，θ为磨粒半顶角，r
s
为砂轮半径。V
s
为磨削速度，V
g
为工件进给速度。
[0024]步骤四约束条件及多目标优化模型
[0025]在对密封环磨削工艺参数优化过程中，需要对优化工艺参数和优化目标函数模型添加约束条件。为了使磨削的精度达到最好，需要选取小的磨削比能、小的磨削温度以及小的表面粗糙度，因此需要磨削过程中，磨削力不能超过机床的许可磨削力F
t*
，表面粗糙度不能大于工件要求的许可表面粗糙度R
a*
，其表达式如下：
[0026]F
t
＜F
t*
,R
a
＜R
a*
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0027]对于磨削速度V
s
，工件进给速度V
g
和磨削深度a
p
，在磨削过程要在其参数的许可范围之内，则其约束条件如下：
[0028][0029]为防止砂轮堵塞，还要求单颗磨粒的切屑体积Q
g
小于其容屑体积Q
c
,即：
[0030][0031]式中，V
s
为磨削速度，V
g
为工件进给速度，a
p
为磨削深度,d
g
为磨粒直径，V为磨粒在砂轮中的体积比,h
i
为砂轮磨粒突出结合剂的高度，N
d
单位接触面上的动态磨刃数。
[0032]综上所述，如要在平面磨削工艺参数范围内进行优化研究，可建立以下的优化数学模型：
[0033][0034]作为优选，将密封环磨削参数优化问题可以看成一个具有多目标、多变量、多约束的非线性优化问题，此优化问题具有三个优化目标函数，即最小磨削比能和最小磨削温度以及最小表面粗糙度；在解决多目标函数问题时，往往采用线性加权法，将多目标函数问题转化为单个目标函数问题，即将每个目标函数乘以一个权重系数。此外，为了结决每个优化目标之间可能因为权重产生的巨大差异，本专利技术引入优化目标的归一化，得到要最小化的加权目标函数如式所示：
[0035]f(x)＝w1e
s
+w2T+w3R
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进遗传算法的密封环磨削工艺参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立以磨削速度、工件进给速度、磨削深度为优化参数，以磨削比能、磨削温度、以及表面粗糙度为优化目标的优化目标函数模型；步骤二，根据优化目标与密封环磨削工艺参数之间的函数模型以及优化目标与工艺参数的约束条件即优化目标函数模型及约束条件建立密封环磨削工艺参数的优化数学模型；步骤三，采用基于改进遗传算法的多目标优化，先使用遗传算法和线性加权法将多目标、多变量和多约束问题简化为单目标优化问题，并对密封环磨削工艺参数的多目标优化模型进行求解，在使用遗传算法求出范围解后，再将范围解运用局部搜索算法求出其精确最优解。2.根据权利要求1所述的一种基于改进遗传算法的密封环磨削工艺参数优化方法，其特征在于，优化目标函数模型及约束条件包括：建立包含密封环磨削工艺参数的磨削比能，表面粗糙度以及磨削温度的多目标优化模型，包括以下子步骤：子步骤1
‑
1，磨削力及磨削比能的计算公式：以磨削速度V
s
，工件进给速度V
g
和磨削深度a
p
作为磨削工艺的优化设计参数；通过动态磨刃数以及单位面积的磨削截面积进行建立；动态磨刃数为:式中，A
n
为与磨刃数一定比例的系数，A
n
≈1.2，C
e
是砂轮与工件接触面上磨粒密度和形状的系数，d
e
为砂轮的当量直径；V
s
为磨削速度，V
g
为工件进给速度，a
p
为磨削深度；指α和β又切刃分布决定；砂轮与工件接触长度l内的磨削截面积为：式中，l
s
为磨削砂轮与密封环的接触弧长且有l为密封环上任意接触长度，A
n
为与磨刃数一定比例的系数，A
n
≈1.2，C
e
是砂轮与工件接触面上磨粒密度和形状的系数，d
e
为砂轮的当量直径；V
s
为磨削速度，V
g
为工件进给速度，a
p
为磨削深度；指α和β又切刃分布决定；则其摩削力的理论计算公式为：式中，F
P
为密封环磨削面的单位磨削力，γ和ε的取值范围为0≤γ≤1；0.5≤ε≤1；子步骤1
‑
2，以切除单位体积材料所消耗的能量即磨削比能最小作为优化目标；磨削比能的计算式为：
式中先F
t
为磨削力,b表示砂轮宽度；V
s
为磨削速度，V
g
为工进给速度，a
p
为磨削深度；磨削温度的计算公式设在密封环磨削过程中热量以固定比例传入工件，接触区温度与磨削力的关系为：式中，F
t
为磨削力,b表示砂轮宽度；V
s
为磨削速度，l
s
为磨削砂轮与密封环的接触弧长且有子步骤1
‑
3，工件表面粗糙度的计算式为：上式中，表示砂轮磨粒的立体平均间隔，θ为磨粒半顶角，r
s
为砂轮半径；V
s
为磨削速度，V
g
为工件进给速度；子步骤1
‑
4，约束条件及多目标优化模型选取小的磨削比能、小的磨削温度以及小的表面粗糙度，需要磨削过程中，磨削力不能超过机床的许可磨削力F
t*
，表面粗糙度不能大于工件要求的许可表面粗糙度R
a*
，其表达式如下：F
t<...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚友平，崔超强，林小卫，崔金恒，杨楠，吴丽红，
申请(专利权)人：浙江广力工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：