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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,属于机械技工。
技术介绍
1、金属切削加工时常面临切削噪声和切削振动过大的问题,这不仅会降低工作环境的安全性,还会降低工件加工的精度和表面质量。因此,使用切削液被认为是一种有效的控制方法。
2、根据基础成分,切削液可分为水溶性切削液和油溶性切削液。水溶性切削液具有良好的冷却效果,但挥发性较高。而油溶性切削液具有良好的润滑效果,但冷却效果相对较差。因此,在金属加工中选择合适的切削液至关重要。
3、虽然许多学者已经从切削参数和切削条件方面分析了如何提高工件表面质量,但鲜有学者量化分析不同类型切削液对切削噪声和切削振动的影响程度。因此,亟需设计出一种水基和油基切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是,克服现有技术的不足而提供一种基于水基和油基切削液对切削噪声和切削振动的影响程度的研究方法,能够量化分析切削液种类对切削噪声和切削振动的影响程度。
2、本专利技术提供一种切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,包括以下步骤:
3、s1、基于切削三要素拟设计切削试验方案,搭建同步采集切削噪声信号和切削振动信号的湿切削试验平台;
4、s2、通过步骤s1设计的试验方案和切削试验平台,完成钛合金在水基和油基切削液下的切削试验,并在试验过程中同步采集切削噪声信号和切削振动信号,分别提取
5、s3、对试验数据进行分类整理,计算上述五种特征值的平均值和标准差得到变异系数,对比分析两种切削液下特征值的波动程度;
6、s4、绘制包括最大值、上四分位数、中位数、平均值、下四分位数和最小值的四分位图及正态曲线图,将多组数据绘制在同一坐标,直观分析数据的平均水平;
7、s5、基于随机森林回归模型,划分训练集和测试集,对比分析两种切削液浇注下特征值的拟合精度。
8、本专利技术在基于水基和油基切削液下对工件进行不同切削参数的切削试验。实现同步采集切削噪声信号和切削振动信号,分别提取声压级均方根值、声功率级均方根值和三向振动加速度均方根值。声压级均方根值、声功率级均方根值和三向振动加速度均方根值以下统称五种特征值,分别计算上述五种特征值的平均值和标准差,对比分析特征值的波动程度。分别绘制包括最大值、上四分位数、中位数、平均值、下四分位数和最小值的四分位图及正态曲线图,将多组数据绘制在同一坐标,直观分析数据的平均水平。基于随机森林回归模型,将输入的试验数据划分数据集,对比分析基于水基切削液和油基切削液浇注下五种特征值的拟合精度。
9、作为本专利技术进一步优化的技术方案如下:
10、所述湿切削试验平台由数控机床、铣刀、试样、切削液浇注、装置、切削噪声信号和切削振动信号测量系统组成,所述切削噪声信号和切削振动信号测量系统由精密性声级计、声音校定器、压电式三向加速度传感器、电荷放大器、高速数据采集仪、声学振动测量系统和数据处理计算机。
11、所述步骤s1中,所述声音校定器主要用来对精密型声级计进行校准;所述精密型声级计固定在距离待加工工件一定距离的三角架上,用于实时采集待加工工件在加工过程中产生的噪声信号;所述高速数据采集仪与精密型声级计相连,利用精密型声级计在切削过程对切削噪声信号进行同步实时测量;所述精密型声级计通过usb数据传输线与安装有声学振动测量系统和数据处理计算机相连;所述压电式三向加速度传感器通过强力磁铁固定于机床夹具上,将试验过程中产生的非电量切削振动信号转化为电信号,压电式三向加速度传感器通过三根专用导线与三个电荷放大器相连,将转化的微弱电信号放大;所述电荷放大器通过传输电缆与高速数据采集仪相连,汇总三向振动加速度数据并通过usb数据线与安装有声学振动测量系统和数据处理计算机相连。
12、进一步的,所述切削液浇筑装置为外接切削液生发装置,所述外接切削液生发装置包括切削液容器、出液管和喷嘴,其中装有切削液的容器通过出液管与喷嘴相连,所述喷嘴朝向刀具和被加工工件所在的切削区布置。
13、所述步骤2中,使用水基和油基切削液的湿切削试验是指在同一加工设备及加工环境条件下采用不同切削液的切削试验,包括水基切削液和油基切削液。
14、所述步骤s2中,从同步采集的切削噪声数据中提取具有代表性的噪声声压级均方根值和声功率均方根值作为特征值,从同步采集的切削振动数据中提取具有代表性的三向振动加速度均方根值作为特征值。
15、所述步骤s3中,对试验数据进行分类整理,计算基于水基切削液和油基切削液浇注下的五种特征值的平均值和标准差,再通过平均值和标准差计算五种特征值的变异系数,对比分析两种切削液下特征值的波动程度,具体操作如下:
16、首先,计算水基和油基切削液浇注下特征值的平均值,公式如下:
17、
18、其中,x1,…,xn代表每种特征值下的每一组特征值具体试验数据,n代表试验组数;
19、第二步,计算水基和油基切削液浇注下特征值的标准差,公式如下:
20、
21、其中,xw(w=1,…,n)代表每种特征值下的每一组特征值具体试验数据;
22、最后,计算水基和油基切削液浇注下特征值的变异系数,公式如下:
23、
24、其中,s代表标准差,代表平均值。
25、所述步骤s4中,绘制包括最大值、上四分位数、中位数、平均值、下四分位数和最小值的四分位图及正态曲线图;将每组试验数据由小到大排序,第25%数据为上四分位数,第50%数据为中位数,第75%数据为下四分位数;将水基和油基切削液浇注下的切削噪声特征值和切削振动特征值绘制在两张四分位图中,对比分析数据的平均水平。
26、所述步骤s5中,基于随机森林回归模型,划分训练集和测试集。随机森林属于集成学习,随机森林回归模型方法如下:
27、(1)划分数据集
28、随机森林回归模型从输入的n个试验数据集中有放回的随机抽取i个作为一个新的子训练集d,将多个新的子训练集d构成新的训练样本m,再随机选取测试样本;例如本专利技术基于水基和油基切削液下各有64组试验,随机选取50%的试验数据作为训练样本,随机选取50%的试验数据作为测试样本,采用有放回的抽样;
29、(2)min-max归一化处理
30、对原始试验数据进行线性变化,使数据映射在0至1之间,
31、
32、其中,x*为归一化后的数据,x为原始试验数据,min为每组试验数据中的最小值,max为每组试验数据中的最大值;
33、将步骤(1)中划分好的训练集和测试集归一化处理,使每组所有原始数据映射在0至1之间,消除量纲的影响;
34、(3)构建决策树模型
3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述湿切削试验平台由数控铣床、铣刀、试样、切削液浇注装置、切削噪声和切削振动测量系统组成,所述切削噪声信号和切削振动信号测量系统由精密型声级计、声音校定器、压电式三向加速度传感器、电荷放大器、高速数据采集仪、声学振动测量系统和数据处理计算机组成;所述声音校定器主要用来对精密型声级计进行校准;所述精密型声级计固定在距离待加工工件一定距离的三角架上,用于实时采集待加工工件在加工过程中产生的噪声信号;所述高速数据采集仪与精密型声级计相连,利用精密型声级计在切削过程对切削噪声信号进行同步实时测量;所述精密型声级计通过USB数据传输线与安装有声学振动测量系统和数据处理计算机相连;所述压电式三向加速度传感器通过强力磁铁固定于机床夹具上,将试验过程中产生的非电量切削振动信号转化为电信号,压电式三向加速度传感器通过三根专用导线与三个电荷放大器相连,将转化的微弱电信号放大;所述电荷放大器
3.根据权利要求2所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述切削液浇注装置为外接切削液生发装置,所述外接切削液生发装置包括切削液容器、出液管和喷嘴,其中装有切削液的容器通过出液管与喷嘴相连,所述喷嘴朝向刀具和被加工工件所在的切削区布置。
4.根据权利要求3所述切削液对切削噪声和切削振动影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤2中,使用水基和油基切削液的湿切削试验是指在同一加工设备及加工环境条件下采用不同切削液的切削试验,包括水基切削液和油基切削液。
5.根据权利要求1所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤S2中,从同步采集的切削噪声数据中提取具有代表性的噪声声压级均方根值和声功率均方根值作为特征值,从同步采集的切削振动数据中提取具有代表性的三向振动加速度均方根值作为特征值。
6.根据权利要求1所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤S3中,对试验数据进行分类整理,计算基于水基切削液和油基切削液浇注下的的五种特征值的平均值和标准差,再通过平均值和标准差计算五种特征值的变异系数,对比分析水基和油基切削液浇注下特征值的波动程度,具体操作如下:
7.根据权利要求1所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤S4中,绘制包括最大值、上四分位数、中位数、平均值、下四分位数和最小值的四分位图及正态曲线图;将每组试验数据由小到大排序,第25%数据为上四分位数,第50%数据为中位数,第75%数据为下四分位数;将水基和油基切削液浇注下的切削噪声特征值和切削振动特征值绘制在两张四分位图中,对比分析数据的平均水平。
8.根据权利要求1所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤S5中,基于随机森林回归模型,划分训练集和测试集;随机森林属于集成学习;随机森林回归模型具体方法如下:
9.根据权利要求1所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述水基和油基切削液按照1:10的比例将切削剂与水配置而成。
...【技术特征摘要】
1.一种切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤s1中,所述湿切削试验平台由数控铣床、铣刀、试样、切削液浇注装置、切削噪声和切削振动测量系统组成,所述切削噪声信号和切削振动信号测量系统由精密型声级计、声音校定器、压电式三向加速度传感器、电荷放大器、高速数据采集仪、声学振动测量系统和数据处理计算机组成;所述声音校定器主要用来对精密型声级计进行校准;所述精密型声级计固定在距离待加工工件一定距离的三角架上,用于实时采集待加工工件在加工过程中产生的噪声信号;所述高速数据采集仪与精密型声级计相连,利用精密型声级计在切削过程对切削噪声信号进行同步实时测量;所述精密型声级计通过usb数据传输线与安装有声学振动测量系统和数据处理计算机相连;所述压电式三向加速度传感器通过强力磁铁固定于机床夹具上,将试验过程中产生的非电量切削振动信号转化为电信号,压电式三向加速度传感器通过三根专用导线与三个电荷放大器相连,将转化的微弱电信号放大;所述电荷放大器通过传输电缆与高速数据采集仪相连,汇总三向振动加速度数据并通过usb数据线与安装有声学振动测量系统和数据处理计算机相连。
3.根据权利要求2所述切削液对切削噪声-切削振动及其预测模型影响程度的研究方法,其特征在于,所述切削液浇注装置为外接切削液生发装置,所述外接切削液生发装置包括切削液容器、出液管和喷嘴,其中装有切削液的容器通过出液管与喷嘴相连,所述喷嘴朝向刀具和被加工工件所在的切削区布置。
4.根据权利要求3所述切削液对切削噪声和切削振动影响程度的研究方法,其特征在于,所述步骤2中,使用水基...
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