魏明强，冯 欣，杨赫然，孙兴伟

(沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870)

0 引言

近些年来PDC钻头由于其能在较低钻压下获得较高的钻速和进尺而备受人们的青睐，已经在油气田钻井中成为了主要的破岩工具。在PDC钻头的加工工艺中，必然少不了刀具安装孔的加工。经调查显示，在机加工中刀具和待加工工件的运动占总切削时间的70%左右。因而，对加工中刀具路径进行合理的优化是提高加工效率的主要途径之一。本文应用改进的蚁群算法对PDC钻头刀具安装孔的铣削加工轨迹进行优化设计，以提高钻头刀具安装孔的加工效率[1]。

1 经典蚁群算法在加工路径优化问题的应用

1.1 走刀路径优化模型的建立

对PDC钻头刀翼上的刀具安装孔进行铣孔加工时，其数学模型建立如下：

(1) 设定变量：设PDC钻头刀翼上有N个孔位，其孔的中心线与顶面的交点集合W={w1，w2，…，wN}，dIJ为任意两个孔的中心线与顶面交点wI、wJ之间的距离。

(2) 约束条件：刀具遍历每一个刀翼上的孔，并且只能被遍历一次。规定刀具在同一个刀翼上的孔遍历时走直线段；而从一个刀翼上的孔向另一个刀翼上的孔遍历时走圆弧段，这样可以防止刀具在行进的过程中刮伤工件本体。加工完成之后刀具回到安全平面的位置，为下一道工艺做准备。

1.2 经典蚁群算法计算流程

经典蚁群算法基本模型的变量表示如下：给定n个节点，m只蚂蚁，dIJ(I、J=1,2,…,n)表示节点I和节点J之间的走刀距离，τIJ(T)表示第T次迭代路径(I，J)上的信息素浓度[2]。应用经典蚁群算法求解最优路径的步骤如下：