[发明专利]一种元胞自动机模拟铣刀片切削中温度变化的方法

说明书

本发明涉及一种元胞自动机模拟铣刀片切削中温度变化的方法，具体涉及力学模型应用领域，具体包括如下步骤：步骤一，对铣刀片长度和宽度进行测量，获取长宽数据；步骤二，建立元胞自动机模型，根据铣刀片的长宽数据，在模型中划分与长宽数据对应大小的离散网格，定义二维元胞空间；步骤三，选取VonNeumann邻居模块作为元胞自动机的邻居模型。本发明通过结合当前比较前沿的元胞自动机组织理论，把元胞自动机与铣刀片在工作过程中的温度变化情况有机的结合在一起，进行基于元胞自动机模型的铣刀片温度变化模拟，采用该种方法进行铣刀片的温度测量，动态性强，对被测刀片的温度分布无影响，误差低。

技术领域

本发明涉及力学模型应用领域，具体地说是一种元胞自动机模拟铣刀片切削中温度变化的方法。

背景技术

铣削技术不断飞速发展，铣刀片的好坏是影响铣削质量和速度的重要因素之一。切削过程中会产生大量的热量，我们称为切削热，切削热是判断刀具切削过程中刀具的承受、破坏及如何加工的重要依据。切削温度的高低直接影响刀具体内的热应力分布，切削热是在刀具周期性的切削过程中产生的，因此刀片也会受到周期性的破坏，研究切削温度场对刀片的影响十分重要。元胞自动机”Cellular Au-tomata(简称CA)，是研究自组织过程的有效算法，在揭示复杂系统的演化规律等方面有独到之处。它使得很多应用传统的算法解决起来相当困难或根本无法解决的问题，得以妥善的解决，但是，在切削过程中对于温度场问题研究较少，因而利用元胞自动机研究是一个新的算法研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种元胞自动机模拟铣刀片切削中温度变化的方法，通过结合当前比较前沿的元胞自动机组织理论，把元胞自动机与铣刀片在工作过程中的温度变化情况有机的结合在一起，进行基于元胞自动机模型的铣刀片温度变化模拟，采用该种方法进行铣刀片的温度测量，动态性强，对被测刀片的温度分布无影响，误差低，可适用于较高温度的测量，快速准确、方便、非接触无损测量，建立元胞自动机模型，来研究切削过程中温度在打匹配中的传递，模拟温度的分布，从而为研究优化铣刀片的理论方法打下坚实基础，为优化铣刀片提供设计依据，以加快刀片产品的设计速度，提高设计精度及可靠性，对于提高刀具的使用寿命，促进机械制造自动化具有重要的实际价值。

本发明的技术方案是：

一种元胞自动机模拟铣刀片切削中温度变化的方法，具体包括如下步骤：

步骤一，对铣刀片长度和宽度进行测量，获取长宽数据；

步骤二，建立元胞自动机模型，根据铣刀片的长宽数据，在模型中划分与长宽数据对应大小的离散网格，定义二维元胞空间；

步骤三，选取VonNeumann邻居模块作为元胞自动机的邻居模型，通过VonNeumann型邻居模型,定义每个元胞的邻居元胞为最靠近该元胞的四个元胞；

步骤四，将铣刀片离散分成16*16等份，再将二维元胞空间离散分成16*16等份对应，每个元胞代表的实际尺寸为铣刀片的1/16，在划分刀片网格类型时，将网格类型定义为四方网格，单个四方网格代表一个元胞，其每个元胞中心的坐标代表了该元胞，该点温度代表整个元胞的平均温度，表示整个元胞的状态；

步骤五，获取铣刀片温度场在时间和空间上的分布，表示为：

T＝T(x,y,z,t)；

对于温度升高t，元胞自动机规则表示为：

其中：C为中心元胞，k为邻居元胞，p为元胞自动机演化的时刻，p+1代表下一演化时刻，采用有限公差分法求解元胞自动机算法的温度场函数，将连续的求解域离散为不连续的点域，形成离散网格；

步骤六，在模型中取均匀的单元格步长，网格步长分别为根据二维各向同性，无内热源的非稳态热传导微分方程，利用中心差分法，获取：