基于響應(yīng)曲面法的表面粗糙度預(yù)測模型研究.pdf

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1、2014年1月機械設(shè)計與制造工程Jan．2014第43卷第1期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．1DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．01．018基于響應(yīng)曲面法的表面粗糙度預(yù)測模型研究亓劍，閻兵(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機械工程學(xué)院，天津300222)摘要：通過正交試驗，研究了高速端銑加工中切削參數(shù)對表面粗糙度的影響。采用田口設(shè)計方法和響應(yīng)曲面法構(gòu)建了表面粗糙度預(yù)測模型，分析了主軸轉(zhuǎn)速、進給量、切深對表面粗糙度

2、的影響。結(jié)果顯示，進給量對表面粗糙度的影響最顯著，主軸轉(zhuǎn)速次之，切深的影響不大。模型預(yù)測精度為99．84％，達到了較高的預(yù)測水平。關(guān)鍵詞：高速加工；端銑；表面粗糙度；響應(yīng)曲面法；試驗設(shè)計；田口設(shè)計中圖分類號：TH161．14文獻標識碼：A文章編號：2095—509X(2014)01—0073—04在數(shù)控加工中，多種因素會對最后成形工件的量，以外圓縱車為例，單件機動工時為：質(zhì)量和制造業(yè)的經(jīng)濟成本產(chǎn)生直接影響。刀具的=(1)材料、機床控制系統(tǒng)、不同類型的刀具夾持器、機床的軸向性能和切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、切深

3、、進給量在特定工序中，A為常數(shù)，Js為切削速度，D為和步距)都是直接影響成形工件表面質(zhì)量的重要切深，，為進給量_4J。由式(1)可以看出，，，F(xiàn)的因素。而在加工過程中，尤其是在產(chǎn)品生產(chǎn)周期最乘積對生產(chǎn)效率有著直接影響，但它們之間又是相后階段，表面粗糙度是表征表面光潔度、尺寸和幾互聯(lián)系、相互制約的，必須采用切削速度、進給量和何性質(zhì)的重要指標，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的重要參切深的最佳組合才能得到較高的表面質(zhì)量。數(shù)¨J。目前預(yù)測表面粗糙度的方法主要有建立回在研究高速端銑過程中，主軸轉(zhuǎn)速與切削速度歸方程、表面形貌分析

4、、構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。神經(jīng)有直接關(guān)系，選取主軸轉(zhuǎn)速S、進給量F和切深D3網(wǎng)絡(luò)具有并行處理自學(xué)習(xí)以及特有的非線性適應(yīng)個參數(shù)，設(shè)為，：，，分4個水平設(shè)計正交試驗。性信息處理能力的優(yōu)點J，適用于處理需要同時如圖1所示，試驗采用立式加工中心(MAKINO考慮多種因素和條件的模糊信息處理的問題，但需$56)，鋁鈦硅氮涂覆硬質(zhì)合金刀具，四切削刃立銑要大量的數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練。文獻[2]采用了自適應(yīng)刀，刀具直徑為10mm，切削工件為100mm×神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)，通過進行大量試驗，建立了粗80mm×40mm的K340模具鋼，洛

5、氏硬度62，材料糙度預(yù)測模型。本文綜合田口設(shè)計和響應(yīng)曲面法，成分為：碳，1．10％；硅，0．90％；錳，0．40％；鉻，用較少的試驗數(shù)據(jù)獲得粗糙度預(yù)測模型。8．30％；鉬，2．10％；釩，0．50％。采用SURFCOM一130A粗糙度檢測儀對加工后表面質(zhì)量進行檢測，1基于田口方法的試驗設(shè)計檢測參數(shù)為輪廓算術(shù)平均偏差尺。引用文獻[2]田口設(shè)計是由日本田口玄一博士創(chuàng)立的一種中l(wèi)6組數(shù)據(jù)，設(shè)計L(4)正交表。L(4)表示聚焦于最小化過程變異，或使產(chǎn)品、過程對環(huán)境變有l(wèi)6行3列，16表示要做16次試驗，3表示

6、有3異最不敏感的實驗設(shè)計方法，能夠設(shè)計出環(huán)境多變個因素，數(shù)字1～4表示取4個水平。加工參數(shù)和條件下優(yōu)化、穩(wěn)定的試驗方案。田口設(shè)計通常采用等級見表1，試驗編碼及結(jié)果見表2。正交表來設(shè)計試驗，用較少的試驗次數(shù)來獲取更多的信息。2基于響應(yīng)曲面法的模型建立及結(jié)果分析在機械加工中，切削用量的選擇是否合理，直2．1模型建立接關(guān)系到生產(chǎn)效率、加工成本、加工精度和表面質(zhì)D．C．Montgomery提出的響應(yīng)曲面法(Re一收稿日期：2013—10—16作者簡介：亓劍(199O一)，男，山東萊蕪人，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)碩

7、士研究生，主要研究方向為高速、高效、高精加工?！?3·2014年第43卷機械設(shè)計與制造工程關(guān)系：k—ik23456789m¨BY=b。+∑bi+∑∑+∑6(2)式中：為m維自變量的第分量；b。，b，b為多項式的待定系數(shù)。將待定系數(shù)按照一定次序排列，可以構(gòu)成矢量b，利用n個試驗點，采用最小二乘法求解矢量b。b=()y(3)(a)立式加工中心(b)粗糙度檢測儀SURFCOM．130AMMl圖1立式加工中心(MAKINO$56)以及粗糙度式中：X=1xl，l，：l㈩檢測儀SURFCOM一130AMM1Lv(

8、表1jj~-r參數(shù)和等級根據(jù)文中系統(tǒng)響應(yīng)輸出與輸入變量的選擇，多項式模型響應(yīng)曲面可表示為J：Y=b0+bll+b2x2+b3x3+b4xl2+bs13+b6x23+b7x+68；+69；(4)將各試驗因素的自由變量和表面粗糙度轉(zhuǎn)換為矩陣，利用最小二乘法，經(jīng)過擬合，去除無關(guān)因子，最終得到表面粗糙度的回歸方程：主軸轉(zhuǎn)速s／進給量F／切深D／表面粗糙度芎(m．min一)(mm．r一)mrllR／txmR=一0．818545+0．00132182xl+0．227