試論金屬切削刀具在機(jī)械加工中設(shè)計(jì)方法探討

孫堂

摘要：本文主要介紹金屬切削刀具精確設(shè)計(jì)的一些基本理論，并利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)金屬切削刀具進(jìn)行精確模擬。金屬切削是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用比例最大，應(yīng)用最廣泛和最基本的加工方法，而切削刀具的精確設(shè)計(jì)是金屬切削刀具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它對(duì)切削性能和切削性能起決定性作用。加工產(chǎn)品的質(zhì)量。影響。刀具的精確設(shè)計(jì)和正確使用可以大大提高產(chǎn)品的加工精度，提高加工效率，降低加工成本。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；金屬切削刀具；機(jī)械加工

刀具是直接對(duì)工件進(jìn)行切削加工的工具在整個(gè)制造成本中，盡管刀具成本比例很小，但刀具的設(shè)計(jì)和使用直接影響到切削效率，刀具更換時(shí)間和機(jī)床利用率。因此，它對(duì)生產(chǎn)成本有重大影響。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模仿人腦結(jié)構(gòu)的新型建模工具。其主要特點(diǎn)是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模的并行處理能力，自組織，自適應(yīng)，泛化能力強(qiáng)，學(xué)習(xí)容錯(cuò)和抗干擾能力強(qiáng)。能力，所有這些功能對(duì)于處理機(jī)械工程的各種建模方面都至關(guān)重要。

1金屬切削刀具在機(jī)械加工中設(shè)計(jì)方法的研究現(xiàn)狀

1.1金屬切削刀具國(guó)內(nèi)研究狀況

金屬切削加工是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用比例最大，應(yīng)用最廣泛，最基本的加工方法，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中始終發(fā)揮著非常重要的作用。正確的設(shè)計(jì)和使用工具可以大大提高加工效率，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量，降低加工成本。該工具的設(shè)計(jì)和制造是一個(gè)全面的問(wèn)題。需要考慮的問(wèn)題很多，包括刀具的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)，刀具材料和工件材料，切削和工藝參數(shù)。這些因素彼此相關(guān)并相互影響。因此，沒(méi)有全面的金屬切削理論和刀具知識(shí)以及豐富的實(shí)際切削和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，不能保證刀具的精確設(shè)計(jì)和制造。隨著當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速普及和高精度刀具曲線磨床的出現(xiàn)，大量乏味的計(jì)算和高精度任意曲線的加工制造已不再是一種問(wèn)題。工具設(shè)計(jì)理論也取得了很大的進(jìn)展，大部分工程技術(shù)人員不再滿(mǎn)足于一些近似的工具設(shè)計(jì)計(jì)算方法，精確的工具設(shè)計(jì)計(jì)算方法也將成為工具設(shè)計(jì)人員的主要研究課題。金屬切削刀具的設(shè)計(jì)和切削角度對(duì)切削性能有著決定性的影響。刀具角度誤差會(huì)降低其性能，甚至完全消除切削能力。該工具角度涉及一系列空間傾斜的平面和直線之間的角度關(guān)系，并通過(guò)教學(xué)工具（如實(shí)體幾何，空間解析幾何或微分幾何）進(jìn)行處理。這是不方便和不方便的。這很容易出錯(cuò)。事實(shí)上，刀具角度的表現(xiàn)，設(shè)計(jì)，計(jì)算，分析和測(cè)試一直是機(jī)械制造科學(xué)技術(shù)的難點(diǎn)，并且已經(jīng)成為只有少數(shù)人才能真正掌握的非常深刻的知識(shí)和技能?，F(xiàn)代刀具幾何和機(jī)加工運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性加深了這一矛盾。

1.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究已有一年多的歷史，其發(fā)展過(guò)程起伏不定。自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引起了中國(guó)機(jī)械工程領(lǐng)域的研究人員的極大興趣，并進(jìn)行了大量的研究工作。目前，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論和應(yīng)用研究工作處于上風(fēng)。每年都有大量的研究成果發(fā)表。數(shù)以千計(jì)的論文已經(jīng)發(fā)表，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了機(jī)械工程的各個(gè)方面。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域。它是通過(guò)模擬人腦結(jié)構(gòu)和智能行為的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及大規(guī)模并行處理，容錯(cuò)，自組織，自適應(yīng)能力和關(guān)聯(lián)功能等特征來(lái)確定的。作為一種新的建模工具，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不像專(zhuān)家系統(tǒng)那樣需要事先建立知識(shí)庫(kù)。知識(shí)獲取只需要足夠的訓(xùn)練樣本。訓(xùn)練有素的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)加權(quán)系數(shù)的知識(shí)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以模擬現(xiàn)實(shí)。系統(tǒng)的復(fù)雜輸入和輸出關(guān)系具有強(qiáng)大的非線性建模能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的容錯(cuò)性能。在本地節(jié)點(diǎn)連接失敗或部分規(guī)則的情況下，它仍然可以正常工作。所有這些功能都需要處理機(jī)械工程領(lǐng)域的不同建模需求。

2金屬切削刀具設(shè)計(jì)方法介紹

2.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元神經(jīng)元組成的人造網(wǎng)絡(luò)。它是生物網(wǎng)絡(luò)的抽象，簡(jiǎn)化和模擬，反映了生物神經(jīng)系統(tǒng)的基本特征。雖然每個(gè)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能都非常簡(jiǎn)單，但由大量神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為是豐富多彩的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種并行和分布式的信息處理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。每個(gè)神經(jīng)元只有一個(gè)輸出。它可以連接到許多其他神經(jīng)元。每個(gè)神經(jīng)元輸入都有多個(gè)連接路徑。每個(gè)連接路徑都有一個(gè)連接。權(quán)重系數(shù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)從已知數(shù)據(jù)中導(dǎo)入規(guī)則并獲得這些數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律。它具有很強(qiáng)的非線性映射能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的突出特點(diǎn)是非線性映射能力，自適應(yīng)能力和泛化能力。高度并行處理能力，適用于多變量系統(tǒng)。使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以解決一些復(fù)雜的系統(tǒng)控制問(wèn)題，并能夠適應(yīng)并從復(fù)雜的不確定性中學(xué)習(xí)。

2.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

在設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先要考慮的是使用幾層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。任何連續(xù)函數(shù)都可以使用只包含一個(gè)隱藏層或三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以任意精度近似。兩層隱層，即四層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以得到所需要的輸入是輸出任意連續(xù)函數(shù)擬合工具的邊緣形狀，當(dāng)只有一個(gè)隱層時(shí)，一般情況下，神經(jīng)元的隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)目較好，當(dāng)在這兩個(gè)隱層中，第一隱層隱藏的神經(jīng)元隱藏?cái)?shù)量有利于網(wǎng)絡(luò)功能的提高。在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先考慮采用隱層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果處理單元逐漸增加并且未達(dá)到令人滿(mǎn)意的結(jié)果，則可以使用兩個(gè)隱層網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，應(yīng)減少處理單元的總數(shù)。如果隱層處理單元的數(shù)量太少，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以解決問(wèn)題的信息將會(huì)減少，從而復(fù)雜的問(wèn)題就無(wú)法解決。如果隱藏層處理單元太多，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時(shí)間增加，同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)容易過(guò)度訓(xùn)練，仿真結(jié)果將失去原有的規(guī)律性。在設(shè)計(jì)多層前饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)，根據(jù)以下結(jié)論首先將隱藏層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)用于任何實(shí)際問(wèn)題。應(yīng)盡可能少地使用隱藏層處理單元。逐漸增加隱藏層處理單元的數(shù)量，直到滿(mǎn)足要求，然后考慮使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)隱藏層（如果不滿(mǎn)足要求）。

結(jié)語(yǔ)：

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能的重要分支。它模仿人類(lèi)大腦神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和處理信息的方式。它使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)模仿人類(lèi)來(lái)處理實(shí)際問(wèn)題。具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，泛化能力和非線性逼近能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以避免傳統(tǒng)的復(fù)雜建模過(guò)程，并使其適用于正在改變的制造，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)條件。在機(jī)械工程中使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)，制造和控制不僅是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的延伸，而且也是制造業(yè)的革命。在許多神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，基于算法的多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是應(yīng)用最廣泛的。本文采用應(yīng)用最為廣泛的BP網(wǎng)絡(luò)，在擬合刀具刃形方面取得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王海波.不同切削要素下激光微織構(gòu)刀具的切削性能仿真和試驗(yàn)研究[D].江蘇大學(xué)，2016.