1、四川輕化工學院學報JOURNAL OF SICHUAN INSTITUTE OF1999 年9 月LIGHT INDUSTRY AND CHEM ICAL TECHNOLOGYSep. 1999Vol. I2NO.3第12卷第3期文章編號：1008438X( 1999)03003403車床上鋰孔時鋰刀桿尺寸的優化李先民（四川輕化工學院機電工程系，四川自貢643033）摘 要：在制定車床上純孑k勺工藝規程時，鏡刀桿尺寸的確定十分重要。本文以純刀桿質量最輕 為優化目標，根據錘刀桿強度、剛度和工藝要求建立約束條件，得到錘刀桿優化設計的數學模型。用約束 隨機方向法進行優低 合理的確定了錘刀桿的尺寸。關

2、鍵詞：錘孔錘刀桿；優化中圖分類號：TH 132. 4文獻標識碼:A在機械制造屮，經常會遇到孔的加匚對于屮小型零件一般可在車床上銖孔。在制定鋰孔T藝規程 時，鐐刀桿尺寸的確定便十分重要。受到孔徑大小的限制，鋰刀桿的直徑不可能選得過尢但鐐刀桿直徑 選得太小，又將影響到鐐孔的質量和生產率，因此必須合理的確定鐐丿J桿的尺寸。傳統的做法多憑經驗, -般采用類比法。木文采用優化設計的方法,更科學、更合理的來確定鎮刀桿的尺寸。1鎮孔分析車床上備孔時,鎮刀桿的刀體壓在刀架上刀頭伸入孔內進行切削加工，因此鋰刀桿可以看成是在 切削力作用下的一根懸臂梁（圖1） o根據金屬切削原理可知，在鎮孔加工過程中，鐐刀承受 了

3、切向力F.,徑向力Fp和軸向力F（的作用。F.較小11作用 在鏗刀桿的軸線方向上，對鋰刀桿尺寸影響不大，為簡化問 題起見，將其忽略。在幾和Fp的作用下，鋰丿J桿將產生彎 曲、扭轉等變形具至破壞。因此鏗刀桿必須有適當的尺寸， 以獲得足夠的強度和剛度，保證鏗孔的質量。另外,在鐐孔的時候，如果鐐刀桿太粗,將會造成鐐刀桿與孔壁相碰，并使切屑難以排除，這樣不僅影響到加工的圖1鏗孔示意圖質量,英至會使加工不能順利進行。同吋，為了保證鏗出孔的全長，鋰丿J桿的氏度還應大丁孔的長度。因 此鎮刀桿的尺寸必須與孔的尺寸相適應，以滿足鏗孔工藝的要求。2數學模型的建立根據對鋰孔的分析，可以建立起鐐丿J桿優化設計的數學模

4、型。木設計以加工孔徑D= 040mm,孔氏L= 60mm的通孑L為例。所使丿U鎮刀的材料為硬質介金,前角X）= 10：后幷0（） =8°,主偏角 Kr= 75。,副偏角Kzr= 25：鎮孔時,切削速度v二56m/min,進給量s二0.4mm/r,背吃刀收稿日期:19990517祚者簡本舉從曲窕4¥契即綸1顆劃農轉理摘曲由昭腿側魁A” rights reserved. ki.n<第12卷第3期李先民：車床上錘孑IM蝕刀桿尺寸的優化35量ar二3mmoit刀桿用45鋼制成，其許用彎曲應力6= 120MPa,許用扭剪應力可二70M Pa,密度歸 7.8g/cm彈性模ME=

5、2X105MPao根據加工精度的要求，鐐刀桿許用撓度f|二0.02mm.由于鐐刀桿 尺寸的大小直接影響了鐐刀桿質最的輕重，因此木設計以鐐刀桿質量最輕為優化目標。2. 1設計變量鏗刀桿的質量，取決于它的 M(1和氏度I,只要合理的選擇直徑和氏度，便能夠使鏗刀桿的質量最 輕。可見鏗刀桿直徑和氏度即為鏗刀桿優化設計的設計變量。2.2目標函數鋒丿J桿優化設計追求的H標是鋰刀桿質暈最輕，而鋰丿J桿的質量是鋰刀桿肖:徑和長度的函數，因此 目標函數的表達式可以寫為：Q 二-thI21P= 0. 00613(12|式中Q鋰刀桿質量Kg材料的密度g/em32.3約束條件為了得到既滿足使用要求質量又最輕的鐸刀桿，

6、鐐刀桿的貢徑就不可能隨意選擇。根據強度、剛度 和工藝要求建立起如下的約束條件：2.3.1彎曲強度要求鏗刀桿的最人彎曲應力不超過允許值，即小產© 代入已知數據整理后得：(I2- 421> 02. 3.2扭轉強度要求鐸刀桿的扭轉剪應力不得超過允許值，即代入已知數據整理后得:2.3.3剛度M .一 一 飛0. 2-力<)'6&|- 680= 0耍求鎮刀桿的最大撓度不得超過允許值，即Ft)l 64F J3EJ- 3Enl4三fl代入已知數據整理厲得:(I4- 0. 8610 02. 3.4工藝要求為了加工出合格的孔對鋰刀桿的結構尺寸要求已如前述。假設刀尖伸出丿J桿

7、的2度滬5) 尖至刀桿中心的垂直距離h= 4rnm,則1)2D .2d_2代入已知數據整理后得:318+ 22(- (1*_ 0 如取鏗刀桿長度比工件長度長10mm,則代入已知數據整理后得:1- 70> 0綜上所述檯丿閑優化設計的浮模時靭明納窮Publishing House. All rights reserved.ki.rb36四川輕化工學院學報1999年9月min f( x) = 0. 00613d 1x=s. t. gi(x) = d3- 421 0g2(x) = d-68d_ 680N 0g3(x)= d4- 0. 861?0g4(x)= 318+ 22(1-(I20g5(x)

8、 = 1- 70 03 優化設計方法和結果從鐸刀桿尺寸優化設計數學模型可知它是一個有2個設計變量、5個不等式約束條件的單口標優 化設計問題。在眾多優化設計方法中，隨機方向法對目標函數的性態無特殊要求,程序設計也較為簡單, 而J1此算法的收斂速度較快,很適合解一些小型優化設計問題。由于鐐刀桿尺寸的約束優化問題維數不 高，因此本設計采用了約朿隨機方向法求解。經用Fortran語言編寫源程序（文屮略），上機運行,很快便可得到該錘刀桿尺寸的優化設計結果,鏗刀桿直徑(1= 23. 31 mm鋒刀桿長度 1=70.0 mm鐐刀桿質量 Q= 0.233 Kg經與有關資料比較和現場驗證,木優化設計結果符合生產

9、實際,能夠滿足生產要求。4 結束語綜上所述通過木優化設計，使車床鋰幾時鋰刀桿尺寸的確總更科學、更介理,在滿足鋰刀桿強度、 剛度和工藝要求的條件下，減輕了鋰刀桿質a,達到了既保證鋰幾質a又節約鋰丿j桿材料的良好效果。 如果將木優化設計擴展，還能為計算機輔助工藝設計打下基礎。參考文獻| 1 孫靖民.機械優化設計1.北京：機械工業出版社,1992.2 吳道全.萬光琨.林樹興.金屬切削原理與刀具M .重慶：重慶大學出版社.1996.Optimum of Arbor Size when Boring on LatheLI Xian-rnin(Electron)echanical Engineering

10、Dept. 9 Sichuan Institute of Light I imI. & Chem. Tech. Zigong 643033, China)Abstract: It is very important that determine arbor size when planning process of boring on lathe. This paper g(4 mat hemal i(» model of optimal design of arbor with optimal object of in iiiiiiium weight of arbor, and set up constraint con(liti)n by strength, stiffness and technical requirement of arbor. The arbor size is determined scientifically after op