Beitrag zur Optimierung der Spitzengeometrie von Spiralbohrern mit Hilfe des genetischen Algorithmus:
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Aachen
Shaker
2002
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0 Inhaltsverzeichnis
0 Inhaltsverzeichnis I
0 1 Formelzeichen und Abkürzungen IV
011 Formelzeichen IV
012 Abkürzungen X
1 Einleitung 1
2 Problematik und Zielsetzung 4
3 Stand der Technik 7
3 1 Bohren als Fertigungsverfahren 7
311 Schneidstoffe für Bohrwerkzeuge 9
312 Beschichtungen 10
313 Einsatzverhalten des Spiralbohrers 12
314 Werkzeuggeometrien und deren Optimierung 19
3 2 Biologische Evolution und Evolutionäre Algorithmen 27
321 Genetische Algorithmen 29
322 Einsatzgebiete der Genetischen Algorithmen 32
3 3 Grundlagen der Zerspanungstheorie 32
331 Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide 33
332 Ansätze zur Vorherbestimmung der Zerspankräfte 41
4 Spitzengeometrie des Spiralbohrers 63
4 1 Beschreibung der Spitzengeometrie des Spiralbohrers 63
411 Mathematisches Modell des Anschliffkegels 63
412 Frei- und Seitenfreiwinkel 66
413 Querschneide und Querschneidenwinkel 69
414 Freiwinkel an der Querschneide nach der Kreuzausspitzung 70
415 Geometriekorrelation des Schneidenpunktes 72
II
Inhaltverzeichnis
416 Übergangspunkt zwischen Haupt- und Querschneide nach
Kreuzausspitzung 74
417 Winkelberechnung eines Schneidensegmentes 74
4 2 Beschreibung des Bohrerquerschnittprofils 80
4 3 Randbedingung zur Auswahl der Anschliffparameter 81
5 Modell zur Optimierung der Spitzengeometrie 83
5 1 Allgemeines 83
5 2 Teilmodell zur Vorherbestimmung der Zerspankräfte 84
521 Zerspankräfte an der Hauptschneide 85
522 Zerspankräfte an der Querschneide mit positivem Wirkfreiwinkel 87
523 Kräfte an der Querschneide mit negativem Wirkfreiwinkel 88
5 3 Softwareentwicklung und Problemintegration 89
531 Zielfunktion der Optimierung 90
532 Operationen des Genetischen Algorithmus 92
5 4 Festlegung der Systemstellgrö ßen 100
541 Anzahl der Generationen und Populationsgröße 101
542 Wahrscheinlichkeiten für Crossover und Mutation 101
543 Parametergrenzen des Modells 102
544 EDV-Umgebung 103
6 Rechnergestützte Optimierung der Spitzengeometrie 104
6 1 Typischer Optimierungsablauf 106
6 2 Analyse der Optimierungsergebnisse 108
621 Einfluss der Generationenzahl und Populationsgröße 108
622 Einfluss des Querschnittprofils 110
623 Einfluss des Seitenfreiwinkels 111
624 Einfluss der Schnittdaten 112
625 Fazit 114
Inhaltsverzeichnis III
7 Validieren der Optimierungsergebnisse 115
7 1 Versuchsaufbau und -durchführung 115
711 Versuchs Werkstoff 115
712 Versuchseinrichtungen 116
713 Versuchsprogramm und -durchführung 120
7 2 Versuchsergebnisse und Validierung 121
721 Experimentell ermittelte Zerspankräfte 121
722 Analyse der Ergebnisse 122
7 3 Fazit 128
8 Zusammenfassung und Ausblick 129
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