一种预测工件表面粗糙度并提高切削效率的方法
【专利摘要】本发明提供了一种预测工件表面粗糙度并提高切削效率的方法。本发明包括以下步骤：步骤一，设计切削试验参数，对表面粗糙度进行测量。步骤二，通过曲面响应法构造一个具有明确表达形式的多项式来表达隐式功能函数，并且以此建立表面粗糙度模型，然后根据建立的模型，利用DesignExpert得到切削参数对表面粗糙度的响应曲面。步骤三，基于响应曲面模型，引入材料去除率利用等高线法提出了一种切削参数优选方法。本发明运用曲面响应法，并通过引入材料去除率，为实际加工中工艺参数的选择及加工效率的提高提供了理论依据。
【专利说明】一种预测工件表面粗糙度并提高切削效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械加工工艺【技术领域】，尤其涉及一种预测工件表面粗糙度并提高切 削效率的方法。
【背景技术】
[0002] 在实际的车削加工中，刀具切削刃相对于工件的运动轨迹为螺旋线状，工件上所 形成的已加工表面并不是完全光滑的圆柱面，其中一部分金属并未完全从工件上切除。由 于刀具的几何形状的作用以及切削刃与工件的相对运动，从而导致"残留面积"的形成。 "残留面积"的高度对已加工表面的表面粗糙度有着决定性的影响。它的理论高度值兄"由 进给量八刀具的主偏角尤、副偏角及刀尖圆弧半径rf等参数根据一定的几何关系推导 计算出来。由于残留面积高度是表面粗糙度基本的形成因素，有时可以将理论残留面积高 度称为理论粗糙度，但在实际加工中，得到的表面粗糙度往往比理论粗糙度大得多。表面粗 糙度作为加工表面质量重要衡量指标，它对产品零件的密封、耐磨、耐腐蚀等一系列性能有 着非常大的影响。目前为了得到更加精准的表面粗糙度预测模型，并且减少实验组数量，已 有学者基于响应曲面法，结合数学和统计对受多个因素变量影响的响应进行分析和建模。 但曲面响应法试验设计问题寻找的是试验指标与各因子间的定量规律。而不是判断因子的 显著性，找出各因子水平的最佳组合，故无法选出最佳的切削参数组合。
【发明内容】
[0003] 鉴于现有技术存在的不足之处，本发明提供一种预测工件表面粗糙度并提高切削 效率的方法，通过材料去除率利用等高线法实现切削参数的优选，以提高材料去除率满足 生产效率的要求。
[0004] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：基于试验数据回归分析，建立切削参 数对表面粗糙度的预测模型，并且引入材料去除率利用等高线法提出一种切削参数优选方 法，包括以下步骤： 步骤一，设计切削试验参数，对表面粗糙度进行测量； 步骤二，通过曲面响应法构造一个具有明确表达形式的多项式来表达隐式功能函数， 并且以此建立表面粗糙度模型，然后根据建立的模型，利用DesignExpert得到切削参数对 表面粗糙度的响应曲面； 步骤三，基于响应曲面模型，引入材料去除率利用等高线法提出了一种切削参数优选 方法。
[0005] 在步骤一中对表面粗糙度产生影响的主要切削参数有切削速度切削深度％， 进给量/等。本试验采用中心复合设计方法设计试验方案，并获取下一步分析所需的试验 数据。
[0006] 在步骤二中基于响应曲面法建立表面粗糙度模型，采用二阶响应曲面模型，模型 可以表示为：
【权利要求】
1. 一种预测工件表面粗糙度并提高切削效率的方法，其特征在于，包括以下三个步 骤： 步骤一，设计切削试验参数，对表面粗糙度进行测量； 步骤二，通过曲面响应法构造一个具有明确表达形式的多项式来表达隐式功能函数， 并且以此建立表面粗糙度模型，然后根据建立的模型，利用Design Expert得到切削参数对 表面粗糙度的响应曲面； 步骤三，基于响应曲面模型，引入材料去除率利用等高线法提出了一种切削参数优选 方法。
2. 根据权利要求1所述的一种预测工件表面粗糙度并提高切削效率的方法，其特征在 于：在步骤一中为了研究切削速度&、切削深度％、进给量/以及它们之间的交互关系对表 面粗糙度心的影响，采用中心复合设计方法设计试验方案。
3. 根据权利要求1所述的一种预测工件表面粗糙度并提高切削效率的方法，其特征在 于：在步骤二中基于响应曲面法建立表面粗糙度模型时，采用二阶响应曲面模型，这样既考 虑了切削参数之间的交互作用，同时又兼顾了因素的二次效应，根据试验结果对模型进行 求解，利用最小二乘估计，通过转换试验参数、试验响应为矩阵形式，求得表面粗糙度二阶 响应曲面方程如下： Y=L 23~0, 077 tX1H). 020 φχ2+0. 34 ·χ3~0. 039 mX1φχ2~0. 040 mX1 ·χ3~0. 021 ·χ2 ·χ3~0. 016 -〇. 054 · χ22~〇· 065 · Xj0
4. 根据权利要求1所述的一种预测工件表面粗糙度并提高切削效率的方法，其特征在 于：在步骤三中对切削参数优选时，可以首先根据工件表面粗糙度的要求确定影响效应较 大的进给量范围，而对于影响效应较小的因素，在选择时将综合考虑到加工效率，在此引入 工件的材料去除率ft根据步骤二中二阶响应曲面方程经编码转换可得表面粗糙度预测模 型为： R =-2. 4137+0. 0164 ·ν+15. 0969 -a+17. 335 -f~0. 0386 ·ν ·α~0. 0401 ·ν ·?~8. 55 -ap -f~4. 1141 · 10_5 · v2-2L 5025 · ap2-25· 8866f 2 然后以数形结合的方式，通过表面粗糙度和材料去除率综合优选切削参数，可以在保 证表面粗糙度的前提下提高切削效率。
【文档编号】G06F17/50GK104318022SQ201410582390
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】胡自化, 程俊溢, 肖敬哲, 秦长江, 徐韬智 申请人:湘潭大学