[發明專利]一種預測工件表面粗糙度并提高切削效率的方法

在審

• 申請號: 201410582390.8
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104318022A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 胡自化;程俊溢;肖敬哲;秦長江;徐韜智
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及機械加工工藝技術領域，尤其涉及一種預測工件表面粗糙度并提高切削效率的方法。

背景技術

在實際的車削加工中，刀具切削刃相對于工件的運動軌跡為螺旋線狀，工件上所形成的已加工表面并不是完全光滑的圓柱面，其中一部分金屬并未完全從工件上切除。由于刀具的幾何形狀的作用以及切削刃與工件的相對運動，從而導致?“殘留面積”的形成。“殘留面積”的高度對已加工表面的表面粗糙度有著決定性的影響。它的理論高度值R_max由進給量f、刀具的主偏角K_r、副偏角K_r^’及刀尖圓弧半徑γ_ε等參數根據一定的幾何關系推導計算出來。由于殘留面積高度是表面粗糙度基本的形成因素，有時可以將理論殘留面積高度稱為理論粗糙度，但在實際加工中，得到的表面粗糙度往往比理論粗糙度大得多。表面粗糙度作為加工表面質量重要衡量指標，它對產品零件的密封、耐磨、耐腐蝕等一系列性能有著非常大的影響。目前為了得到更加精準的表面粗糙度預測模型，并且減少實驗組數量，已有學者基于響應曲面法，結合數學和統計對受多個因素變量影響的響應進行分析和建模。但曲面響應法試驗設計問題尋找的是試驗指標與各因子間的定量規律。而不是判斷因子的顯著性，找出各因子水平的最佳組合，故無法選出最佳的切削參數組合。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足之處，本發明提供一種預測工件表面粗糙度并提高切削效率的方法，通過材料去除率利用等高線法實現切削參數的優選，以提高材料去除率滿足生產效率的要求。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：基于試驗數據回歸分析，建立切削參數對表面粗糙度的預測模型，并且引入材料去除率利用等高線法提出一種切削參數優選方法，包括以下步驟：

步驟一，設計切削試驗參數，對表面粗糙度進行測量；

步驟二，通過曲面響應法構造一個具有明確表達形式的多項式來表達隱式功能函數，并且以此建立表面粗糙度模型，然后根據建立的模型，利用Design?Expert得到切削參數對表面粗糙度的響應曲面；

步驟三，基于響應曲面模型，引入材料去除率利用等高線法提出了一種切削參數優選方法。

在步驟一中對表面粗糙度產生影響的主要切削參數有切削速度v_c，切削深度a_p，進給量f等。本試驗采用中心復合設計方法設計試驗方案，并獲取下一步分析所需的試驗數據。

在步驟二中基于響應曲面法建立表面粗糙度模型，采用二階響應曲面模型，模型可以表示為：

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其中，Y表示響應的估計值；x表示加工參數編碼；b表示多項式的系數估計值。

根據試驗結果對模型進行求解，求得表面粗糙度二階響應曲面方程。

根據得到的二階響應曲面模型進行擬合，利用Design?Expert可以方便地得到切削參數對表面粗糙度的響應曲面。

在步驟三中根據試驗數據采用極差分析和計算的F值可以得到對表面粗糙度的因素影響程度順序依次為：進給量、切削速度、切削深度。在切削參數優選時，可以首先根據工件表面粗糙度的要求確定影響效應較大的進給量范圍，而對于影響效應較小的因素，在選擇時將綜合考慮到加工效率。在此引入工件的材料去除率Q。

根據所求得的二階響應曲面方程，經編碼轉換可得表面粗糙度預測模型。根據預測模型和Q作出材料去除率和表面粗糙度對應關系的等高線圖。以數形結合的方式，通過表面粗糙度和材料去除率綜合優選切削參數，可以在保持表面粗糙度的前提下提高切削效率。

本發明具有的有益效果及優點表現在：