一种基于响应面建模优化切屑易碎性的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于响应面建模优化切屑易碎性的方法，首先对切屑的易碎性进行评价，计算切屑易碎性指数Cin；然后通过响应曲面法RSM建模，并优化切屑易碎性。使得成功建立了切削参数与切屑易碎性之间的匹配模型，得到与实验结果符合的最优解，优化了切屑易碎性，且计算精确，提高了加工效率和加工安全性，降低了加工成本，使获得的产品质量更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于响应面建模优化切屑易碎性的方法
本专利技术涉及数控加工
，具体涉及一种基于响应面建模优化切屑易碎性的方法。
技术介绍
切屑的形成过程，其实质是一种挤压过程。在挤压过程中，被切屑的金属主要经历剪切滑移变形而形成切屑。切屑塑性材料时，当工件受到刀具挤压后，随着刀具继续切入，材料内部的应力、应变逐渐增大。产生的应力达到材料的屈服点时，开始产生滑移即塑性变形。切屑虽然看似只是数控加工中产生的废料，但是车床上加工的各种钢料零件韧性较好，车削时所产生的切屑富于塑性卷曲，边缘比较锋利。在高速切屑钢件时会形成红热的、很长的切屑，极易伤人，对加工环境有很大影响，同时经常缠绕在工件、车刀及刀架上，所以工作中应经常用铁钩及时清理或拉断，必要时应停车清除，影响加工效率。对于较长的切屑的回收处理比短的切屑更困难，消耗更多能源，切屑易碎性是衡量切屑是否易碎的标准，具体来说就是通过模糊数学方法建立模型，评定切屑的易碎性。目前，对于这个问题国内学者和国外学者有着两种解决思路，而国外的学者倾向于通过优化加工参数，来提高切屑的易碎性，具体来说就是通过建立切屑进给速率(vf),主轴转速(n)和切削深度(dp)等加工参数和切屑易碎性之间的数学模型，通过优化目标函数得到最优加工参数，从而优化切屑的易碎性。国内学者更倾向于通过改良可转位切槽刀得到更易碎的切屑。具体来说就是对切屑参数、刀具角度和断屑槽形状参数对断屑性能的影响进行研究,开发设计适用于不锈钢材料精加工用的可转位刀片断屑槽,并对新型刀片进行有限元仿真分析，最终得到断屑性能更好的刀片。然而，通过改良可转位切槽刀来得到更易碎的切屑的方式成本太高，浪费了很多资源，而且，实现起来更复杂，影响加工效率，得到的切屑易碎性不好，容易在加工过程中出现安全问题。
技术实现思路
基于此，针对上述问题，有必要提出一种提高加工效率和加工安全性，降低加工成本，可获得高质量产品的基于响应面建模优化切屑易碎性的方法。本专利技术的技术方案是：一种基于响应面建模优化切屑易碎性的方法，包括以下步骤：a、对切屑的易碎性进行评价，计算切屑易碎性指数Cin；b、通过响应曲面法RSM建模，并优化切屑易碎性。在本技术方案中，首先从将模糊数学中的模糊逻辑理论运用到建立评价切屑易碎性的模型当中去，并且最终成功的建立了评价切屑易碎性的模型，而且通过定义切屑易碎性指数Cin定量表示了切屑的易碎性，为应用响应曲面法进行多元二次拟合提供了输出数据，然后，利用在MATLAB中实现多元二次拟合的方法，并通过多次仿真选取精度最高的函数，最终得到了多元二次目标函数，成功建立了切削加工参数对切屑易碎性影响的数学模型，最后，利用在MATLAB中解决多元二次函数的最优解的方法，在经历多种函数的尝试之后，选择了最适合的方法实现了对目标函数的优化，得到的最优解；使得加工效率更高，加工时的安全性得到了保障，降低了成本，同时保证了产品的高质量。优选的，在执行所述步骤a之前包括以下步骤：测量包括切屑宽度和切屑卷曲半径的切屑参数。切屑宽度是指一根切屑上的宽度值，而非长度值，由于长度值范围往往超过了仪器所能测量的范围，因此测量宽度值使评价计算出的数据更精确；切屑卷曲半径是一项用来表明切屑卷曲程度的指标，由于用卷曲部分弧度表达卷曲程度，会使得具体卷曲部分难以定义，故测量卷曲部分半径，以此来说明切屑卷曲程度，可使测量数据更精确，便于计算切屑易碎性指数。优选的，所述步骤a包括以下步骤：a101、基于切屑宽度和卷曲半径分别构建宽度隶属度函数和卷曲半径隶属度函数：Chip＝SN(df1，df2)其中，N代表维度是宽度和卷曲半径的切屑组，df1和df2可以对切屑的尺寸特征进行模糊化处理；DF1＝[μF1i(df1)/F1i(df1)]DF2＝[μF2j(df2)/F2j(df2)]其中，F表示切屑形状的等级水平(比如小、中、大)，DF1为第一个维度特征，DF2为第二个维度特征，μ为df1或df2的隶属度值；a102、建立切屑形状矩阵M:MN＝{(Ak)ij}，i＝1…m，j＝1…n其中，i为第一个维度特征的切屑形状的等级水平，j为第二个维度特征的切屑形状的等级水平，Ak表示切屑形状的质量等级，A1＝E，A2＝G，A3＝F，A4＝P，A5＝VP，E表示优秀，G表示良好，F表示中等,P表示差，VP表示非常差；a103、计算切屑易碎性的隶属度μ(Ak)：CHIPFORMgrade＝{μ(Ak)/Ak}，k＝1…5若Ak存在于切屑形状等级矩阵M中，则μij(Ak)＝1；若Ak不存在于切屑形状等级矩阵M中，则μij(Ak)＝0；a104、计算切屑易碎性指数Cin：其中，表示切屑形状的等级Ak的权重，切屑的易碎性并没有像光滑度、刚度等可以定量分析计算的方式，所以必须通过定性计算分析来确定切屑的易碎性指标；切屑控制是保证一个可靠的加工过程的关键，有效的切屑控制要求在给定的输入的一组输入加工条件下，切屑的易碎性和可处置性是可以预测的，但是在机械加工中产生的切屑种类繁多，在本技术方案中，所选择的两个刻画切屑易碎性的维度是宽度和卷曲半径，并根据这两个维度构建切屑等级矩阵，而切屑等级矩阵是一个模糊矩阵，在进行模糊控制前需根据宽度和卷曲半径构建隶属度函数，并在将实验数据中的切屑宽度和卷曲半径数据处理后，发现切屑宽度和卷曲半径基本呈线性变化，所以将宽度划分为窄、中、宽、非常宽四个等级，并将阈值点选为2mm、6mm、10mm；将卷曲半径划分为小、中、大三个等级，并选5mm、15mm为阈值点，并根据切屑宽度和卷曲半径的关系建立切屑形状等级矩阵M，在切屑形状等级矩阵M中将切屑形状分为5个等级，A1＝E，A2＝G，A3＝F，A4＝P，A5＝VP，E表示优秀，G表示良好，F表示中等,P表示差，VP表示非常差；然后，通过最大-最小准则求得切屑易碎性的隶属度，切屑易碎性指数是一个相对量，取值范围在0到1之间，取值越大代表切屑的易碎性越好；所以，为了计算，需要确定五个切屑形状的等级水平的权重，然后，通过利用模糊集合理论原理得到切屑易碎性指数，使得计算出的切屑易碎性指数可作为输出量确定加工过程所需输入的变量参数，进而起到优化切屑易碎性，达到提高加工效率和安全性的目的。优选的，所述步骤b包括以下步骤：b101、通过MATLAB进行建模，得到目标函数yk:其中，xki表示输入的切削变量，αk,i表示所要拟合的参数；b102、根据与目标函数yk的拟合精度，选用函数进行多元二次回归拟合，得出拟合的参数β0＝0.6632，β1＝0.0327，β2＝-1.4871，β3＝0.0426，β4＝-0.0041，β5＝-0.0002，β6＝0，β7＝-0.0028，β8＝0.0000；b103、确立最终目标函数y＝β0+β1x1+β2x2+β3x3+β4x4+β5x12+β6x22+β7x32+β8x42；其中，x1、x2、x3和x4分别表示进给速率vf、切削深度dp、切削时间t和主轴转速n。在本技术方案中，通过MATLAB进行多元二次线性拟合得到目标函数，在拟合优化目标函数的过程中，存在以下几种函数：(1)Linear(线性)：y＝β0+β1x1+…+βmxm(2)PureQuadratic(纯二次)：(3)Interact本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于响应面建模优化切屑易碎性的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、对切屑的易碎性进行评价，计算切屑易碎性指数Cin；b、通过响应曲面法RSM建模，并优化切屑易碎性。

【技术特征摘要】
1.一种基于响应面建模优化切屑易碎性的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、对切屑的易碎性进行评价，计算切屑易碎性指数Cin；b、通过响应曲面法RSM建模，并优化切屑易碎性。2.根据权利要求1所述的基于响应面建模优化切屑易碎性的方法，其特征在于，在执行所述步骤a之前包括以下步骤：测量包括切屑宽度和切屑卷曲半径的切屑参数。3.根据权利要求1或2所述的基于响应面建模优化切屑易碎性的方法，其特征在于，所述步骤a包括以下步骤：a101、基于切屑宽度和卷曲半径分别构建宽度隶属度函数和卷曲半径隶属度函数：Chip＝SN(df1，df2)其中，N代表维度是宽度和卷曲半径的切屑组，df1和df2可以对切屑的尺寸特征进行模糊化处理；DF1＝[μF1i(df1)/F1i(df1)]DF2＝[μF2j(df2)/F2j(df2)]其中，F表示切屑形状的等级水平，DF1为第一个维度特征，DF2为第二个维度特征，μ为df1或df2的隶属度值；a102、建立切屑形状等级矩阵M:MN＝{(Ak)ij}，i＝1…m，j＝1…n其中，i为第一个维度特征的切屑形状的等级水平，j为第二个维度特征的切屑形状的等级水平，Ak表示切屑形状的质量等级，A1＝E，A2＝G，A3＝F，A4＝P，A5＝VP，E表示优秀，G表示良好，F表示中等,P表示差，VP表示非常差；a103、计算切屑易碎性的隶属度μ(Ak)：CHIPFORMgrade＝{μ(Ak)/Ak}，k＝1…5若Ak存在于切屑形状等级矩阵M中，则μij(Ak)＝1；若Ak不存在于切屑形状等级矩阵M中，则μij(Ak)＝0；a104、计算切屑易碎性指数Cin：其中，表示切屑形状的等级Ak的权重，4.根据权利要求1或2所述的基于响应面建模优化切屑易碎性的方法，其特征在于，所述步骤b...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培培，韩泽祖，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51