一种工程陶瓷旋转超声磨削加工表面完整性综合评价方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及材料机械加工表面完整性的指标参数和评价准则，特别是涉及工程陶 瓷旋转超声磨削加工表面完整性的各项评定参数和评价准则。
【背景技术】
[0002] 对于工程陶瓷加工表面完整性评价研究可以分为两个阶段:第一阶段是针对每个 评价指标确定其合理的评价参数;第二阶段就是对加工表面完整性进行综合评价。工程陶 瓷加工表面完整性综合评价是工程陶瓷零部件工程化应用的重要保障。
[0003] 目前，对于加工表面完整性综合评价方法主要有层次分析法、模糊综合评判法、数 据包络分析法、神经网络法、灰色综合评价法、雷达图法等。层次分析法适用于多准则评价， 将复杂问题层次化，但是主观判断、权值确定对结果影响很大;模糊综合评判法可按综合分 值的大小进行评价和排序，同时可按最大隶属度原则评价对象等级，但隶属函数确定仍具 有较大主观性;数据包络分析法可根据客观属性进行评价，但是其输出与加工表面完整性 综合评价目的相差甚远;神经网络法集成了各种定性及定量属性，但是也具有较大主观性； 灰色综合评价法可以对评价对象优劣做出判断，但是只反映相对水平。
[0004] 这些综合评价理论及其方法都各具有优缺点，因此急需选择科学、合理的评价方 法，在集成或者改进基础上建立合理的工程陶瓷加工表面完整性综合评价方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为解决用现有用于评价工程陶瓷加工表面完整性的方法在实施 过程存在评价效果差，输出的评价结果与评价目的相差大等问题，进而提供一种工程陶瓷 旋转超声磨削加工表面完整性综合评价方法。
[0006] 本发明的技术方案是:为实现上述目的所采用的技术方案在于包括以下步骤：
[0007] 第一步、建立基于灰色关联度理论的加工表面完整性综合评价数学模型；
[0008] 进行加工表面完整性评价灰色关联度分析，利用工程陶瓷加工表面完整性评价的 五个特征参数，确定一个最优指标集;通过最优指标集规范化处理公式对最优指标集内的 原始指标数值进行处理获得新的指标集矩阵;将处理后的原始指标数值进行关联计算，获 得关联度系数矩阵;通过关联度系数矩阵计算出各个方案中加工表面完整性评价参数与最 优加工表面完整性评价参数的关联程度大小数学表达式。
[0009] 第二步、基于层次分析的加工表面完整性评价参数权重比例系数确定；
[0010]建立加工表面完整性综合评价层次分析结构，将其主要工作性能作为准则层，加 工表面完整性特征评价参数作为指标层，建立加工表面完整性评价层次分析结构，然后对 准则层和指标层元素进行两两分析，判断两元素分别对目标层和准则层的重要影响程度， 从而构造判断矩阵，采用层次分析法，分别构造出以目标层为对象的准则层元素间判断矩 阵，以及以准则层为对象的指标层元素间的判断矩阵，将工程陶瓷加工表面完整性评价转 化为二级矩阵数学模型。
[0011] 第三步、工程陶瓷加工表面完整性综合评价实验结果分析
[0012] 对工程陶瓷加工表面完整性权重比例系数结果和加工表面完整性综合评价因子 结果进行分析。
[0013] 进一步地，第一步对最优指标集内的原始指标数值进行处理所采用的最优指标集 规范化处理公式为：
[0014]
[0015] 其中Alk表示第i个方案中第k个指标规范化后数值；Xf1表示所有方案中第k个指 标最小值；ΙΓ*表示所有方案中第k个指标最大值
[0016] 进一步地:第一步中通过关联度系数矩阵计算出各个方案中加工表面完整性评价 参数与最优加工表面完整性评价参数的关联程度大小数学表达式为：
[0017]
[0018] 其中：P为各评价参数在加工表面完整性评价体系中权重比例系数所组成的数列； ζ为关联度系数，R为关联程度值。
[0019] 进一步地，第一步所述的工程陶瓷加工表面完整性评价的五个特征参数包括面均 一性、表面等方性、分形均方根、微观裂纹分形密度和表面残余应力置信公差。
[0020] 进一步地，第二步所述的加工表面完整性综合评价层次分析结构模型分为三层， 最高一层为目标层，即为要达到的最终目的，实现陶瓷基零部件加工表面完整性综合评价； 第二层为准则层，即实现工程陶瓷加工表面完整性综合评价所遵循的准则;第三层为指标 层，即利用该层的指标参数完成工程陶瓷加工表面完整性综合评价，加工表面完整性包括 的类别和参数非常广泛。
[0021] 本发明的有益效果为:本发明采用基于灰色关联度理论，研究不同加工表面完整 性评价参数与最优加工表面评价参数的关联程度，来相对评价加工表面完整性程度，采用 层次分析，将定性和定量分析结合在一起，准确给出判断结果，工程陶瓷加工表面完整性中 各特征评价参数权重，反映该参数对加工表面完整性影响程度，各评价特征参数指标在加 工表面完整性体系中的权重比例系数确定直接影响加工表面完整性综合评价结果。本发明 实现工程陶瓷加工表面完整性综合评价，为航空航天精密制造领域典型陶瓷材料零部件加 工和质量评价提供技术支撑。
【附图说明】
[0022]图1为航天领域动力系统的关键转动构建陶瓷基轴转子；
[0023] 图2为表面完整性评价层次分析结构；
[0024] 图3为典型陶瓷加工表面完整性综合评价因子值；
[0025] 图4为陶瓷材料加工表面完整性综合评价因子与材料断裂韧性值变化影响规律 图；
【具体实施方式】
[0026] 为了进一步理解本发明的原理，以Α12〇3、ΖΤΑ、纳米增韧Si3N4、自增韧Si3N4等4种典 型工程陶瓷材料在转速5000r/min、切深30μπι、进给速度llOmm/min时，采用DMG青铜基金刚 石刀具旋转超声磨削所得到的加工表面进行了完整性综合评价分析。
[0027] 1.建立基于灰色关联度理论的加工表面完整性综合评价数学模型
[0028] 工程陶瓷加工表面完整性评价主要包括表面均一性、表面等方性、分形均方根、微 观裂纹分形密度和表面残余应力置信公差等5个特征参数，故指标数为5，其中表面残余应 力置信公差是区间，为了便于后续计算，采用残余应力最大值代替表面残余应力。设第i个 方案中5个指标构成的数列为X i5 = [Xu，Xi2，Xi3，Xi4，Xi5] (i = 1，2，3，4)，所有方案的原始指 标构成如下矩阵：
[0029]
(1)
[0030] 进行加工表面完整性评价灰色关联度分析，首先需要确定一个最优指标集，构成 最优方案，从而实现各个方案与最优指标集进行关联程度计算。最优指标集中各参数值是 对大量工程陶瓷加工表面完整性评价参数进行试验数据分析所得到的各个参数最优值，设 X〇k= [Χοι，X02，X03，X04，X05 ]，由于各指标具有不同的量纲和数量级，不能直接比较，应对原始 指标数值采用式(2)进行规范化处理：
[0031]
(2)
[0032] 其中Aik表示第i个方案中第k个指标规范化后数值；Xf11表示所有方案中第k个指 标最小值；X厂 x表示所有方案中第k个指标最大值;将所有方案指标数列进行规范化处理 后，将得到一个新的矩阵λ，表示为：
[0033]
(3)
[0034] 将原始指标数值进行规范化处理后就可以进行关联度计算。将最优指标集[λ(πλ02 λ03λ04λ05 ]作为参考数列，将各方案的指标值[λ0ιλ()2λ()3λ()4λ()5 ] ( i = 1，2，3，4，5 )作为被比较数 列，分别求出第i个方案第k个指标的关联度系数G。
[0035] 设 Ak-min = min{ |A〇k_Ajk|，j = (l ,2,3,4)}，Ak-max = max{ |A〇k_Ajk|，j = (l，2,3， 4)}，则关联度系数G可表示为：
[0036]
(4)
[0037] 其中：ζ为分辨比例系数，一般取0.5。关联度系数矩阵可以表示为：<