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采用多岛遗传算法的插齿刀几何参数优化研究

韩军 段荣鑫 张磊 王静

韩军, 段荣鑫, 张磊, 王静. 采用多岛遗传算法的插齿刀几何参数优化研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 749-754. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200069
引用本文: 韩军, 段荣鑫, 张磊, 王静. 采用多岛遗传算法的插齿刀几何参数优化研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(5): 749-754. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200069
HAN Jun, DUAN Rongxin, ZHANG Lei, WANG Jing. Study on Optimization of Geometric Parameters of Gear Shaper Cutter with Multi-island Genetic Algorithm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 749-754. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200069
Citation: HAN Jun, DUAN Rongxin, ZHANG Lei, WANG Jing. Study on Optimization of Geometric Parameters of Gear Shaper Cutter with Multi-island Genetic Algorithm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(5): 749-754. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200069

采用多岛遗传算法的插齿刀几何参数优化研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200069
基金项目: 

内蒙古自治区自然科学基金项目 2019LH05010

详细信息
    作者简介:

    韩军(1976-), 副教授, 硕士生导师, 研究方向为数控加工与几何、物理仿真, crl2006@126.com

  • 中图分类号: TH161+.5

Study on Optimization of Geometric Parameters of Gear Shaper Cutter with Multi-island Genetic Algorithm

  • 摘要: 针对薄壁齿圈插齿加工过程中插削力过大引起齿形精度不高的问题,而插齿刀几何参数作为影响插削力大小的因素之一,提出了通过对插齿刀的几何参数进行优化来减小插削力提升齿形精度。采用UG对齿圈和刀具进行建模,将模型导入ABAQUS中对插齿加工过程进行仿真分析,得出插齿过程中的插削力。插齿刀的几何参数作为输入变量,插齿过程的插削力作为输出响应,通过优化拉丁超立方实验设计方法设计样本点,采用响应面近似模型建立数学模型,并结合多岛遗传算法对不同插齿刀的几何参数进行优化。研究结果表明,响应面模型能够有效的拟合插齿刀几何参数和插削力之间的函数关系,并通过多岛遗传算法的优化,插削力减小了34.87%,优化效果显著,对于插削力过大引起齿圈齿形精度不高的问题研究具有重要意义。
  • 图  1  插齿刀和齿圈模型图

    图  2  插齿加工仿真分析图

    图  3  插削力变化图

    图  4  近似模型图

    图  5  遗传算法优化过程图

    表  1  插齿刀和齿圈材料属性

    参数名 插齿刀 齿圈
    密度 7 840 kg/m3 7 850 kg/m3
    弹性模量 210 GPa 226 GPa
    泊松比 0.3 0.28
    屈服强度 - 1 080 MPa
    抗拉轻度 - 1 175 MPa
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    表  2  20Cr2Ni4A优质合金钢材料Johnson-Cook模型参数

    材料 A B n C m Tr
    20Cr2Ni4A 1 112 1 063 0.2 0.01 0.62 25
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    表  3  Johnson-Cook动态断裂失效准则参数

    d1 d2 d3 d4 d5
    -0.09 0.27 -0.48 0.014 3.87
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    表  4  插齿刀几何参数与插削力样本点分布

    前角γ/(°) 后角α/(°) 插削力F/N
    16.67 13.89 9 533.6
    18.33 10.56 9 402.57
    11.67 11.67 7 333.85
    8.33 6.11 11 061.5
    13.33 8.33 9 465.38
    5.00 12.78 8 321.38
    6.67 9.44 8 998.11
    15.00 5.00 14 751.70
    20.00 7.22 10 113.90
    10.00 15.00 9 077.51
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    表  5  优化前后对比

    状态 前角γ/(°) 后角α/(°) 插削力F/N
    优化前 5.0 5.968 11 269.7
    优化后 8.99 11.687 7 270.9
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  • 收稿日期:  2019-11-23
  • 刊出日期:  2021-05-01

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