本发明涉及船用柴油机机身孔系加工领域，特别涉及一种中低速柴油机关键孔系加工方法。
背景技术：
：近年来,在制造行业中船用柴油机机身等许多精密零部件都存在着加工难度大,加工精度要求高,单件价值高,错误加工损失巨大等问题。船用柴油机是船舶的心脏而柴油机机身作为船用柴油机的核心部件,其加工质量直接决定着船舶的使用性能和运行性能。因此,船用柴油机机身零件在投入实际大批量生产之前,都必须进行首件试切,以检验数控程序及工艺规划的合理性,首件试切周期长,所耗费的人力和物力都比较大,且采用传统加工参数选取方法存在零件加工效率低及零件生产成本高等问题,加工参数选取不合理也会造成数控机床利用率不高,限制加工机床生产效率,延长产品生产周期。曲轴孔孔系、凸轮轴孔孔系和气缸孔孔系作为船用柴油机机身的关键孔系，其加工过程受加工工艺的影响，加工位置难以保证，而机身关键孔系的加工质量又直接影响柴油机的性能，且目前机身孔系加工工艺的制定往往是凭借工艺人员的个人经验，使得孔系加工过程长期处于保守工作状态，限制了加工设备性能的发挥，造成了实质性的浪费。因而对于给定的柴油机机身,快速高效的对加工工艺进行优化对于一个企业来说就显得尤为重要。技术实现要素：发明目的：本发明的目的是提供一种中低速柴油机关键孔系加工方法，能够在保证机身关键孔系质量的前提下优化加工过程中的机身装夹规划路径，提高机身关键孔系加工的效率。技术方案：本发明所述的一种中低速柴油机关键孔系加工方法，其特征在于：包括有以下步骤：s1：确定影响柴油机机身孔系加工质量的主要加工工艺参数；s2：采用主要加工工艺参数制定柴油机机身关键孔系的加工工艺流程；s3：以船用柴油机机身为研究对象，建立vericut数控仿真模型；s4：以船用柴油机机身数控铣削加工为研究对象，建立船用柴油机机身加工工艺参数多目标优化函数，获取优化加工工艺参数并对优化算法在vericut数控软件上进行验证；s5：通过优化后的加工工艺参数，优化机身关键孔系加工工艺流程的装夹路径。作为优选，所述s1中确定影响柴油机机身关键孔系加工质量的主要加工工艺参数的具体步骤包括有：s1.1：通过工艺分析建立工艺知识的结构化模型；s1.2：将工艺知识的结构化模型显示化、逻辑化和数字化；s1.3：对工艺知识进行分类，采用相匹配的表达方式对工艺知识进行存储，形成工艺知识库；s1.4：使用工艺知识库确定影响柴油机机身关键孔系加工质量的主要加工工艺参数。作为优选，所述s2中柴油机机身以曲轴孔系为基准来确定面基准，即关键孔系为曲轴孔孔系、气缸孔孔系和凸轮轴孔孔系。作为优选，所述s3中建立vericut数控仿真模型包括以下步骤：s3.1：利用vericut构建虚拟数控铣床模型文件，创建铣床刀具模型、机床夹具和毛坯工件；s3.2：根据实际柴油机机身孔系的特征参数编写数控程序g代码，实现数控铣床铣削机身关键孔系的加工过程的动态仿真；s3.3：根据动态仿真中遇到的各种问题，对加工过程中的主轴转速和进给速度进行优化。s3.4：对优化后数控程序g代码进行保存，作为优化nc代码的可行性方案。作为优选，所述s4中建立船用柴油机机身加工参数多目标优化函数，获取优化参数并对优化算法在vericut数控软件上进行验证包括有以下步骤：s4.1：确定优化加工工艺参数：铣削速度n、刀具每齿进给量f、切削宽度ae和切削深度ap；s4.2：构建船用柴油机机身镗铣参数优化数学模型：s4.3：使用遗传算法进行全局寻优，调整迭代次数，寻找最优迭代次数后，将迭代结果作为最终的优化铣削参数的最优解。作为优选，所述优化装夹路径包括有以下步骤：s5.1：将装夹信息进行分类归纳，确定影响装夹路径规划的关键装夹信息，所述关键装夹信息包括：装夹次数、装夹状态和换刀次数；s5.2：按照不同类型的关键装夹信息将柴油机机体划分为不同的装夹单元，分析各装夹单元间的约束关系；s5.3：基于约束关系的图论法求解出最佳装夹路径方案。通过采用上述技术方案，有益效果：(1)本发明对柴油机机身关键孔系加工工艺参数进行了优化，提高了关键孔系加工后的质量；(2)对柴油机机身装夹路径进行了优化，缩减了工艺流程，提高了加工效率。附图说明图1是柴油机机身主要加工工艺参数；图2是柴油机机身关键孔系示意图；图3是简化后关键孔系加工路径示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图1-3，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明提供的一种中低速柴油机关键孔系加工方法具体步骤如下：s1：确定影响柴油机机身孔系加工质量的主要加工工艺参数，具体包括如下步骤：s1.1：通过工艺分析建立工艺知识的结构化模型；s1.2：将工艺知识的结构化模型显示化、逻辑化和数字化；s1.3：对工艺知识进行分类，采用相匹配的表达方式对工艺知识进行存储，形成工艺知识库；s1.4：使用工艺知识库确定影响柴油机机身关键孔系加工质量的主要加工工艺参数，如图1所示为加工过程中可能会涉及到的主要加工工艺参数。s2：采用主要加工工艺参数制定柴油机机身关键孔系的加工工艺流程，由于柴油机机身以曲轴孔系为基准来确定面基准，所以关键孔系为曲轴孔孔系、气缸孔孔系和凸轮轴孔孔系，在本实施例中加工的工艺流程如下表所示：序号工序名称1粗镗气缸孔12粗镗凸轮轴孔13粗镗曲轴孔4粗镗气缸孔25粗镗凸轮轴孔2s3：以船用柴油机机身为研究对象，建立vericut数控仿真模型，具体包括以下步骤：s3.1：利用vericut构建虚拟数控铣床模型文件，创建铣床刀具模型、机床夹具和毛坯工件；s3.2：根据实际柴油机机身孔系的特征参数编写数控程序g代码，实现数控铣床铣削机身关键孔系的加工过程的动态仿真；s3.3：根据动态仿真中遇到的各种问题，对加工过程中的主轴转速和进给速度进行优化。s3.4：对优化后数控程序g代码进行保存，作为优化nc代码的可行性方案。s4：以船用柴油机机身数控铣削加工为研究对象，建立船用柴油机机身加工工艺参数多目标优化函数，获取优化加工工艺参数并对优化算法在vericut数控软件上进行验证，具体包括以下步骤：s4.1：确定优化加工工艺参数：铣削速度n、刀具每齿进给量f、切削宽度ae和切削深度ap；s4.2：构建船用柴油机机身镗铣参数优化数学模型：s4.3：使用遗传算法进行全局寻优，调整迭代次数，寻找最优迭代次数后，将迭代结果作为最终的优化铣削参数的最优解，在本实施例中分别选取迭代次数为10,30,50、70、90、110,130和150在遗传算法中进行寻优,优化结果如下表所示：迭代次数铣削速度(m/min)进给量(mm/每齿)切削宽度(mm)切削深度(mm)10284.59481.58244.25451.22930179.32741.51735.00001.21450144.32181.50064.19931.11370120.48731.52834.00451.08790119.38471.39734.00581.036110119.57381.40744.00381.027130119.55931.40744.00341.016150119.56021.40744.00341.012从表中可看出迭代次数在110次以后,优化参数的变化较小,几乎不影响实际工件的加工，因此在保证计算精确的情况下,以迭代次数110作为算法的最大迭代次数,且迭代输出结果作为最终的优化铣削参数最优解，由此在本实施例中铣削参数可以确定为铣削速度120m/min,进给量1.4mm/每齿,切削宽度4mm,切削深度1mm。s5：如图2所示为本申请中柴油机机身关键孔系示意图，图3为简化后关键孔系加工路径示意图，其中a代表曲轴孔系，b代表凸轮轴孔系1，c代表凸轮轴孔系2，d代表气缸孔系1，e代表气缸孔系2，通过优化后的加工工艺参数，优化机身关键孔系加工工艺流程的装夹路径，具体包括以下步骤：s5.1：将装夹信息进行分类归纳，确定影响装夹路径规划的关键装夹信息，本实施例中的关键装夹信息包括：装夹次数、装夹状态和换刀次数；s5.2：按照不同类型的关键装夹信息将柴油机机体划分为不同的装夹单元，分析各装夹单元间的约束关系，本实施例中约束关系包括以下几点：i.凸轮轴孔孔系系1与缸孔孔系1的装夹位置为同一处装夹位置；ii.凸轮轴孔孔系系2与缸孔孔系2的装夹位置为同一处装夹位置；iii.凸轮轴孔孔系所用刀具均为同一型号刀具；iv.缸孔孔系所用刀具均为同一型号刀具；s5.3：在本实施例中，曲轴孔位于整个机体中间位置，其作用最为重要，因而以曲轴孔孔系的加工为第一装夹顺序；柴油机机身需要加工表面大部分呈对称分布，以曲轴孔轴线为例，简化装夹路线，可选择凸轮轴孔系和缸孔孔系中任意一条为第二装夹顺序根据装夹约束条件整理得到如图3所示，虚线为装夹位置的约束关系，点线线条为刀具型号的约束关系。如图所示，机身从a装夹到b，b面对三条约束线，选择最佳约束条件，从而选择相同的装夹约束条件d，接着d选择有相同的刀具约束条件的e，最后，d选择有相同约束条件的c，形成一条完整的机身关键孔系的粗加工最佳装夹路径方案a-b-d-e-c。基于机身曲轴孔轴线的对称性，选择的最佳装夹路径满足装夹位置的约束，其次是刀具型号的约束，得到a-b-d-e-c或a-e-c-b-d。在保证工艺系统承载能力的前提下，依据以上通过基于约束条件的图论法推导出的方案，运用工序集中原则推理并规划得到船用柴油机机身最佳的装夹次数及其换刀次数，有效的减少了工人装夹机身和换刀的时间，如下表4所示为优化前后加工时间对比，单位均为秒：大大提高了加工效率，具体加工工序如下表：序号工序名称机身装夹1粗镗曲轴孔机身装夹位置12粗镗凸轮轴孔1,粗镗气缸孔1机身装夹位置33粗镗气缸孔2,粗镗凸轮轴孔2机身装夹位置2按照上述方案，vericut数控仿真软件优化了刀具路径，减少了一部分船用柴油机关键孔系的加工时间，镗铣加工时间减少了17.24％，机身优化后的时间为42:04；同时，利用工序集中原则且基于约束条件的图论法推导出最佳的装夹方案，得到最小的机身装夹次数和换刀次数，机身装夹次数为3次和换刀次数为4次，机身辅助工序时间从t0到t1，其中t0>t1，也减少机身关键孔系的加工时间，提高了加工的工作效率。最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种中低速柴油机关键孔系加工方法，其特征在于：包括有以下步骤：
s1：确定影响柴油机机身孔系加工质量的主要加工工艺参数；
s2：采用主要加工工艺参数制定柴油机机身关键孔系的加工工艺流程；
s3：以船用柴油机机身为研究对象，建立vericut数控仿真模型；
s4：以船用柴油机机身数控铣削加工为研究对象，建立船用柴油机机身加工工艺参数多目标优化函数，获取优化加工工艺参数并对优化算法在vericut数控软件上进行验证；
s5：通过优化后的加工工艺参数，优化机身关键孔系加工工艺流程的装夹路径。
2.根据权利要求1所述的一种中低速柴油机关键孔系加工方法，其特征在于：所述s1中确定影响柴油机机身关键孔系加工质量的主要加工工艺参数的具体步骤包括有：
s1.1：通过工艺分析建立工艺知识的结构化模型；
s1.2：将工艺知识的结构化模型显示化、逻辑化和数字化；
s1.3：对工艺知识进行分类，采用相匹配的表达方式对工艺知识进行存储，形成工艺知识库；
s1.4：使用工艺知识库确定影响柴油机机身关键孔系加工质量的主要加工工艺参数。
3.根据权利要求1所述的一种中低速柴油机关键孔系加工方法，其特征在于：所述s2中柴油机机身以曲轴孔系为基准来确定面基准，即关键孔系为曲轴孔孔系、气缸孔孔系和凸轮轴孔孔系。
4.根据权利要求1所述的一种中低速柴油机关键孔系加工方法，其特征在于：所述s3中建立vericut数控仿真模型包括以下步骤：
s3.1：利用vericut构建虚拟数控铣床模型文件，创建铣床刀具模型、机床夹具和毛坯工件；
s3.2：根据实际柴油机机身孔系的特征参数编写数控程序g代码，实现数控铣床铣削机身关键孔系的加工过程的动态仿真；
s3.3：根据动态仿真中遇到的各种问题，对加工过程中的主轴转速和进给速度进行优化。
s3.4：对优化后数控程序g代码进行保存，作为优化nc代码的可行性方案。
5.根据权利要求1所述的一种中低速柴油机关键孔系加工方法，其特征在于：所述s4中建立船用柴油机机身加工参数多目标优化函数，获取优化参数并对优化算法在vericut数控软件上进行验证包括有以下步骤：
s4.1：确定优化加工工艺参数：铣削速度n、刀具每齿进给量f、切削宽度ae和切削深度ap；
s4.2：构建船用柴油机机身镗铣参数优化数学模型：
s4.3：使用遗传算法进行全局寻优，调整迭代次数，寻找最优迭代次数后，将迭代结果作为最终的优化铣削参数的最优解。
6.根据权利要求1所述的一种中低速柴油机关键孔系加工方法，其特征在于：所述优化装夹路径包括有以下步骤：
s5.1：将装夹信息进行分类归纳，确定影响装夹路径规划的关键装夹信息，所述关键装夹信息包括：装夹次数、装夹状态和换刀次数；
s5.2：按照不同类型的关键装夹信息将柴油机机体划分为不同的装夹单元，分析各装夹单元间的约束关系；
s5.3：基于约束关系的图论法求解出最佳装夹路径方案。
技术总结本发明公开了一种中低速柴油机关键孔系加工方法，对机身加工工艺流程展开分析,确定了机身加工关键工序，对船用柴油机机身孔系加工工艺参数进行优化，保证机身孔系质量，通过VERICUT数控仿真软件优化了刀具路径，减少了一部分船用柴油机关键孔系的加工时间，同时，利用工序集中原则且基于约束条件的图论法推导出最佳的装夹方案，得到最小的机身装夹次数和换刀次数，最终在保证机身关键孔系质量的前提下提高机身关键孔系加工的效率。
技术研发人员：周宏根;艾杼桦;李纯金;李国超;朱明涛;冯丰;曹利平;田锐敏;杨帆;刘艳
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2020.11.27
技术公布日：2021.03.12
