一种基于小样本多元工艺参数分析优化的滚齿干切加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及齿轮干切加工技术，尤其是涉及一种小样本情况下的多元工艺参数优 化的加工方法。
【背景技术】
[0002] 在实际滚齿干切加工中，由于其切削速度能达到一般滚齿的2倍以上，滚刀会有 专用的涂层，刀具寿命大大提高，这些都对滚齿干切加工工艺参数提出新的要求，而现目前 国内企业优化工艺参数库缺乏，有些甚至没有，仅凭工人或工艺人员的经验来决策，这给滚 齿干切的加工质量、加工时间、加工成本等造成巨大挑战。
[0003] 国内尚处在滚齿干切机床制造求新阶段，对滚齿干切过程中的工艺参数优化研宄 较少，现有对滚齿干切工艺参数优化问题的处理方法主要是试验研宄和数值模拟，未达到 定量分析的阶段。另外，当前能作为优化工艺参数的样本少，能用于一般滚齿工艺参数优化 的神经网络与遗传算法结合的优化方法、图论与实例推理方法、差异演化算法都很难运用， 而且应用效果差，所以将支持矢量机的方法应用于滚齿干切工艺参数优化，并指导加工是 新颖的，目前在这方面的研宄是欠缺的。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，怎样提供一种能够提高加 工效果的滚齿干切加工方法，其能够实现滚齿干切加工工艺参数的优化，并将支持矢量机 回归算法应用小样本数据的预测，达到运算简单、收敛速度快，提高加工效率的目的。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：
[0006]-种基于小样本多元工艺参数分析优化的滚齿干切加工方法，本方法采用数控干 切滚齿机实行滚齿加工，其特征在于，滚齿加工时，按照以下步骤进行小样本情况下的滚齿 干切加工工艺参数的分析优化，所述小样本是指样本容量小于20的工艺参数集合，具体步 骤为：
[0007] (1)实现滚齿干切工艺参数样本集的规范化；输入参数属性包括工件模数、压力 角、齿数、螺旋角、齿宽、材料、布氏硬度、精度等级、齿坯直径、滚刀头数、滚切类型和切削深 度，输出参数属性包括滚刀转速、切削速度和进给量，待优化滚齿干切工艺参数的属性与 输入参数属性相同，滚齿干切工艺参数样本集Set=VInX(In,Out)，In= [Xi,x2，…，xn]，n =12,Xpx2，…，xj别对应输入参数属性，Out=[ypy2,y3]，ypy2,y3分别对应输出参数 属性，In、0ut构成纵列，VIn是样本值，构成横行，首先，进行数值化，将不是数值的材料属性 按照以下方式转化为数值，主要材料分别为碳钢、低合金钢、合金钢或灰铸铁的材料属性对 应转化为1、2、3、4 ;滚切类型分别为逆滚、顺滚的滚切类型属性对应转化为1、2,接着，进行 归一化，Zi= (z「zimin)/(zimax-zimin),i= 1，2,…，n+3,zimin,z-分别是第i属性在样本集 中的最小值和最大值；
[0008] (2)实现滚齿干切输入参数属性优化核的生成；首先，去除Set中的Out部分，构 建新的样本集Setln=VInXIn，Setln(b,c)表示样本中b实例对应的c属性值，bGVIn， cGIn,接着，进行近似约简，从j= 1开始，将Xj去除，看SetIn(VIn,In-{Xj})中是否存在 相似样本，判断相似样本的依据是两个样本的对应属性值之差的绝对值小于〇. 01，若不存 在相似样本，则将Xj重新添加到In中，循环上述步骤，一直计算到j=n,最终剩下的属性 组成了滚齿干切输入参数属性优化核，属性个数为Num，Num是正整数；
[0009] (3)实现滚齿干切工艺参数支持矢量回归估计；从计算滚刀转速开始，构建新的 样本集361:〇1^={(111 15,715)11^=1，2，一，]/[}，11115￡1?_，715￡1?，]/[为样本个数，为正整 数，通过
【主权项】
1. 一种基于小样本多元工艺参数分析优化的滚齿干切加工方法，本方法采用数控干切 滚齿机实行滚齿加工，其特征在于，滚齿加工过程中，按照以下步骤进行小样本情况下的滚 齿干切加工工艺参数的分析优化，具体步骤为： (1) 实现滚齿干切工艺参数样本集的规范化；输入参数属性包括工件模数、压力角、齿 数、螺旋角、齿宽、材料、布氏硬度、精度等级、齿坯直径、滚刀头数、滚切类型和切削深度， 输出参数属性包括滚刀转速、切削速度和进给量，待优化滚齿干切工艺参数的属性与输入 参数属性相同，滚齿干切工艺参数样本集Set=VInX(In，Out),In= [XdX；^，…，xn]，n= 12,Xpx2, ???，别对应输入参数属性，Out=[yy2,y3]，y:，y2,y3分别对应输出参数属 性，In、0ut构成纵列，VIn是样本值，构成横行，首先，进行数值化，将不是数值的材料属性按 照以下方式转化为数值，主要材料分别为碳钢、低合金钢、合金钢或灰铸铁的材料属性对应 转化为1、2、3、4 ;滚切类型分别为逆滚、顺滚的滚切类型属性对应转化为1、2,接着，进行归 一化，Zi= (z「ziniinv(ziniax-ziniin),i= 1，2,…，n+3,ziDlin,ziniax分别是第i属性在样本集中 的最小值和最大值； (2) 实现滚齿干切输入参数属性优化核的生成；首先，去除Set中的Out部分，构建新 的样本集Setln=VInXIn，Setln(b,c)表示样本中b实例对应的c属性值，bGVIn，cGIn, 接着，进行近似约简，从j= 1开始，将Xj去除，看SetIn(VIn,In-{Xj})中是否存在相似样 本，判断相似样本的依据是两个样本的对应属性值之差的绝对值小于〇. 01，若不存在相似 样本，则将Xj重新添加到In中，循环上述步骤，一直计算到j=n，最终剩下的属性组成了 滚齿干切输入参数属性优化核，属性个数为Num，Num是正整数； (3) 实现滚齿干切工艺参数支持矢量回归估计；从计算滚刀转速开始，构建新的样本 集361:〇11七={(11115,715)11^=1，2，...，]/[}，111 15￡1^1111，715￡1?，]/[为样本个数，为正整数，通
算ak，b,其中，K( ?，?）为多项式核函 数，SL为省略号，Y为正则化参数，一般取4,ak为支持矢量，b为偏差量，接着，用公式
ox为待优化滚齿干切工艺问题规范化后的输入值，所求值即为 滚刀转速的优化值，然后依次是切削速度和进给量，重复上述步骤，最终完成滚齿干切工艺 参数支持矢量回归估计；最后加工时，根据滚齿干切工艺参数支持矢量回归估计得出的滚 刀转速、切削速度和进给量进行滚齿干切加工。
2. 如权利要求1所述的基于小样本多元工艺参数分析优化的滚齿干切加工方法，其特 征在于， 所述步骤（2)中的滚齿干切输入参数属性优化核生成的具体步骤包括， Stepl去除Set中的Out部分，构建新的样本集Setln=VInXIn,j= 1，j+= 1，j++ = 2jM= 1，n= 12，设定样本个数M，属性个数Num= 12,计数count= 0 ; Step2 从In中去掉Xj，Num=Num-1 ; Step3 若j乒jM而且 |SetIn(VInj+，XjM)-SetIn(VInj++，XjM) | < 0.01，则count=count+1 ； Step4 若jM〈n+l,jM=jM+l,则进行Step3,否则进行Step5 ; Step5 若count〈Num，count= 0 ; Step6 若j++〈M+l,j++=j+++1，则进行Step3,否则进行Step7 ; Step7 若j+〈M,j+=j++1，则进行Step3,否则进行Step8 ; Step8 若count〈Num，将Xj添加回In中，Num=Num+1 ; Step9 若j< 12,j=j+1,则进行Step2,否则进行SteplO; Step10将In剩下的属性组成滚齿干切输入参数属性优化核。
3.如权利要求1所述的基于小样本多元工艺参数分析优化的滚齿干切加工方法，其特 征在于， 所述步骤（3)中的滚齿干切工艺参数支持矢量回归估计的具体步骤包括， Stepl设定样本个数M，K( ?，?）=[(px?Ink)+1]2,k= 1，2, "^M，px为为待优化滚 齿干切工艺问题规范化后的输入值，Ink为M个样本的输入参数属性所对应的值，当前计算 输出属性OutR=滚刀转速，y= 4 ; Step2从样本集Set中抽取数据构建新的样本集SetOut= {(Ink,yk)丨k=1，2,…，M}，yk对应OutR在样本中的值； St印3通：
卜算未知变量ak，b，其中SL为 省略号； St印4利用公另
+6计算待优化滚齿干切工艺问题的OutR的优化 值， Step5若OutR=滚刀转速，则OutR=切削速度，进行Step2 ; Step6若OutR=切削速度，则OutR=进给量，进行Step2 ; St印7完成滚齿干切工艺参数支持矢量回归估计，得到滚刀转速、切削速度、进给量的 优化值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于小样本多元工艺参数分析优化的滚齿干切加工方法，其特征在于，按照以下步骤进行小样本情况下的滚齿干切加工工艺参数的分析优化，具体步骤为：（1）实现滚齿干切工艺参数样本集的规范化；（2）实现滚齿干切输入参数属性优化核的生成；（3）实现滚齿干切工艺参数支持矢量回归估计。本发明的优点是：针对滚齿干切工艺参数小样本的特点，利用支持矢量机进行工艺参数的回归估计，该方法运算简单，收敛速度快。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104809313
【申请号】CN201510253575
【发明人】阎春平, 曹卫东, 肖雨亮, 钟健, 万露
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月18日