面向高质量高效率低能耗的车削参数优化

为了实现数控机床的绿色高效制造,以低切削功率、低粗糙度和高材料去除率为目标,对45钢进行了干式单工步正交切削试验。采集不同切削参数下机床的切削功率和工件表面粗糙度值,应用模糊综合评价法对车削参数进行模糊正交优化,得出最优的切削参数。建立切削功率预测模型和表面粗糙度预测模型,并对优选的参数进行了试切试验,将试验结果和经验值与预测值进行了对比,结果表明:使用优化的车削参数进行加工,可以有效地提高效率、降低能耗和表面粗糙度。     

精密成形铣齿切削参数优化研究

大模数齿轮精密成形铣齿具有多切削刃、非自由、断续重切削的特点,其加工过程中切削参数的变化对加工效益影响较大。为了提高综合加工效益,需综合考虑加工成本、残余高度以及刀具耐用度。分析成形铣齿加工过程及原理,建立了各待优化目标数学模型,提出以多目标遗传算法建立刀具耐用度、加工成本及加工残余高度的多目标优化模型,得到了以切削速度、每齿进给量为决策变量的多种工艺参数组合。优化结果与实际加工参数范围吻合,提出了切合实际加工条件的切削工艺参数范围,为下一步刀具磨损状态监测研究提供了理论依据。     

基于模糊综合评判高速钢立铣刀切削用量优化选择

针对高速钢立铣刀铣削过程中切削用量选择的模糊性,在分析高速钢立铣刀加工特点的基础上,结合现有铣刀切削用量选择方法,提出一种基于加权平均模型的模糊综合评判方法。通过综合考虑影响铣刀切削用量选择的因素,建立以单个工序加工时间、加工成本以及刀具耐用度为目标优化模型。结合具体加工对象分析表明:基于加权平均模型的模糊综合评判方法,能够实现高速钢立铣刀在铣削过程中切削用量的优化,评判结果准确、适用。     

SiC/Al功能梯度材料的电火花加工多目标参数优化及回归分析

采用正交试验与灰色关联分析相结合的方法,对Si C质量分数为5%的Si C/Al功能梯度材料进行电火花加工工艺试验,研究了工艺参数对材料去除率、电极相对损耗率的影响,同时建立了工艺参数对材料去除率、电极相对损耗率及综合指标的多元非线性回归方程。结果表明:对综合指标的影响由主到次分别为脉冲宽度、脉冲间隔、抬刀高度、加工电压、峰值电流,优化后的加工参数为峰值电流10 A、脉冲宽度200μs、脉冲间隔50μs、加工电压50 V、抬刀高度3 mm,与参数优化前相比,材料去除率降低约5.8%、电极相对损耗率降低约51.8%。建立的回归模型可为Si C/Al功能梯度材料的电火花加工试验研究提供理论指导。     

薄壁件加工变形仿真及工艺参数优选

针对汽车主模型检具铣削变形问题进行研究。利用有限元软件ABAQUS模拟铣削过程,建立单因素实验和四因素三水平正交试验,分析检具铣削时各工艺参数对两指标(工件加工变形和材料去除率)的影响规律。运用多量纲归一化方法和综合评分法对两指标进行归一化计算,采用极差分析法对计算结果进行分析,确定各工艺参数对两指标归一化后的贡献度,并获得AA5083薄壁零件铣削工艺参数的最佳组合,通过加工实验对优化后的工艺参数的正确性加以验证。实验结果表明:工件加工的平均偏差比优化前降低了18%,材料去除率比优化前提高了135%。证明该方法是一种较为有效的优化方法。     

高温合金GH4169的电火花加工工艺性研究

高温合金GH4169是制造航空发动机的重要材料。用电火花加工镍基高温合金GH4169时,峰值电流、脉宽、脉间、间隙电压等电参数是重要控制因素,而表面粗糙度和材料去除率是衡量工艺效果的性能指标。利用单一工艺参数试验考察了各电参数对表面粗糙度和材料去除率的影响。通过对多工艺参数正交试验结果进行极差分析,得出了各电参数对表面粗糙度和材料去除率影响的主次顺序。最后,在正交试验的基础上,利用灰关联分析法,得到了最优的加工参数组合,并进行了试验验证。     

线切割参数对20Cr材料去除率的影响及预测模型建立

为研究中走丝条件下，电火花线切割参数对渗碳钢20Cr材料去除率的影响，设计多因素正交试验。采用极差分析方法对线切割参数脉宽、脉停、电流进行优化，并利用最小二乘法建立材料去除率预测模型。试验结果表明：对材料去除率影响最大的因素是电流，其次是脉停；材料去除率线切割参数最优组合为脉宽40 μs、脉停175 μs、电流6 A；通过最小二乘法成功建立了材料去除率理论模型。试验结果为提高实际线切割20Cr材料加工效率提供了理论基础     

基于模糊熵的安全等级隶属度向量的离散化方法

针对矿山系统安全的随机性及模糊性 ,将模糊熵引入系统安全性评价模型的建模之中 ,提出了基于模糊熵和权广义距离之和最小的模糊模式识别模型 ,实现了系统安全等级隶属度向量的离散化 ,给出了模糊熵和权广义距离之间平衡参数的两种确定方法。实例表明 ,该模型优于基于权广义距离平方和最小的原则所建立的模糊模式识别模型 ;平衡参数的两种确定方法对评价结果具有良好的一致性。模糊熵可作为安全等级隶属度向量离散程度的评价指标。     

应用弹性砂轮对铝合金镜面磨削工艺研究

目的解决铝合金手机外壳传统抛光工艺中存在的抛光效率低等问题。方法采用聚氨酯弹性砂轮对6061铝合金进行了磨削加工,使用正交试验研究了磨料粒度、进给速度、切削深度、砂轮线速度对加工表面粗糙度及材料去除率的影响。试验中使用折线走刀方式进行加工,可减轻磨料分布不均带来的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度,通过计算单位时间内工件的质量变化得出了去除率,并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果在选取的16组磨削工艺参数中,可获得的最低表面粗糙度为44.87 nm,最大去除率为0.329 g/min。对表面粗糙度影响最大的因素为磨料粒度,影响最小的因素为进给速度;对材料去除率影响最大的因素为切削深度,影响最小的为进给速度。经过综合优化,最佳工艺参数组合为:砂轮600#,转速2000 r/min,切削深度0.04 mm,进给速度20 mm/min。结论弹性聚氨酯砂轮应用于铝合金磨削可提高加工表面质量,可简化工艺流程,节省备料和安装调整时间,从而提高效率。     

基于可靠度的钻削参数模糊优化研究

分析了钻削加工的数学表达,采用模糊数学方法描述其中具有模糊性的经验参数与经验约束,建立更符合加工实际的模糊优化模型。针对模糊优化过程中模糊约束边界扩大的随意性问题,提出了模糊约束边界的可靠度准则,通过合理选择约束边界宽余量,保证了模糊优化结果的可行性。采用均值水平截集法进行模糊模型的转化求解,该法要求同类别隶属度函数值的均值大于给定截集水平值,较好地保留了模型原有模糊性。算例表明,基于可靠度的模糊优化解更具有优越性。     

模糊田口法在重切削制程中切削参数最佳化设计

为了快速有效获得重切削时良好的切削性能参数,以田口法与模糊逻辑相结合,对侧面铣削SUS304不锈钢重切削制程时的切削参数进行最佳化设计。由于评估重切削制程的刀具寿命与金属移除率两项主要切削性能,受到主轴转速、每刃进给、轴向切深与径向切深的影响,由此将4个切削参数设置为可控制因子。经过田口法将各品质特性转化为S/N比,通过模糊逻辑运算,采用多重品质特性指标(MPCI)求得切削参数最佳水准组合。试验结果表明:以模糊田口法获得的切削参数最佳水准组合,能够有效改善侧面重切削制程时的切削性能,为刀具制造厂或刀具使用者寻求最佳切削条件提供参考。     

切削参数对车削20CrMnTi表面粗糙度的影响及优化研究

20CrMnTi是一种广泛应用于齿轮制造的材料。为提高20CrMnTi精加工的表面质量、加工效率，以车削20CrMnTi钢的表面粗糙度为研究对象，设计正交试验，在数控车床GENOS L250E上进行硬质合金刀具车削试验，探究切削参数（切削速度、进给量、背吃刀量）对表面粗糙度的影响。并通过多元回归建立切削参数与表面粗糙度的关系模型，从而构建以加工效率、表面粗糙度为目标的多目标优化模型，通过粒子群算法对切削参数进行优化。试验结果表明：使用优化后的切削参数加工可以减小表面粗糙度、提高加工效率。     

基于正交切削模型的铣削加工残余应力预测方法

提出了一种基于正交切削模型的铣削加工残余应力预测方法.针对直齿圆柱铣刀建立了铣削加工的平面应变有限元模型,并通过分段曲线限定不同温度下应力与应变间的关系,详细表明材料的加工硬化规律.有限元模型采用相关的实验数据进行了验证.在铣削用量确定的前提下,通过对航空铝合金70507451进行加工模拟,研究了直齿圆柱铣刀前角对已加工表面残余应力的影响.     

The optimal cutting-parameter selection of production cost in HSM for SKD61 tool steels

The main purpose of this study was to construct an investigation of optimal cutting parameters for minimizing production cost on the rough machining of high speed milling operation. A machining model is constructed based on a polynomial network. The polynomial network can learn the relationships between cutting parameters (cutting speed, feed per tooth, and axial depth of cut) and tool life through a self-organizing technique. Once the material removal volume for machined parts and various time and cost components of the high speed milling operations are given, an optimization algorithm using a simulated annealing method is then applied to the polynomial network for determining optimal cutting parameters. The optimal cutting parameters are subjected to an objective function of minimum production cost with the feasible range of cutting parameters.     

基于航空铸造钛合金Ti-6Al-4V高速铣削参数的表面质量及切削效率优化

目的研究高速铣削参数对航空铸造钛合金Ti-6Al-4V表面质量的影响规律及交互作用,并基于高速铣削参数对表面质量和材料去除率进行优化。方法采用Box-Behnken设计和二次回归正交实验法,建立高速铣削参数与表面粗糙度的显著不失拟回归模型,获得铣削参数影响表面粗糙度的显著性差异,挖掘高速铣削参数交互作用与表面粗糙度的关系;基于表面粗糙度回归模型及材料去除率,采用遗传算法(GA),对高速铣削参数进行多目标优化。结果铣削参数影响航空铸造钛合金Ti-6Al-4V试件表面粗糙度的显著性顺序为:切削深度>每齿进给量>切削宽度>主轴转速,其中切削宽度和主轴转速、每齿进给量和主轴转速的交互作用较为明显。利用遗传算法对铣削参数优化后,Ti-6Al-4V表面粗糙度较优化前提高44%,材料去除率提高70%,遗传算法优化后的试件表面粗糙度显著降低,表面刀路行距减小,纹理平均高度降低。结论由实验验证可知,通过响应曲面建立表面粗糙度显著不失拟回归模型具有较高的预测精度,基于遗传算法优化获得的铣削参数可有效提高表面质量和切削效率,对保证航空铸造钛合金Ti-6Al-4V表面质量具有较好的指导意义。     

Multiperformance Optimization in Turning of Free-Machining Steel Using Taguchi Method and Utility Concept

This article presents the application of Taguchi method and the utility concept for optimizing the machining parameters in turning of free-machining steel using a cemented carbide tool. A set of optimal process parameters, such as feed rate, cutting speed, and depth of cut on two multiple performance characteristics, namely, surface roughness and metal removal rate (MRR) is developed. The experiments were planned as per L ₉ orthogonal array. The optimal level of the process parameters was determined through the analysis of means (ANOM). The relative importance among the process parameters was identified through the analysis of variance (ANOVA). The ANOVA results indicated that the most significant process parameter is cutting speed followed by depth of cut that affect the optimization of multiple performance characteristics. The confirmation tests with optimal levels of machining parameters were carried out to illustrate the effectiveness of Taguchi optimization method. The optimization results revealed that a combination of higher levels of cutting speed and depth of cut along with feed rate in the medium level is essential in order to simultaneously minimize the surface roughness and to maximize the MRR.     

高强铝合金干式切削加工参数多目标优化

为了研究航空铝合金在绝对干式切削条件下的切削参数对表面质量的影响规律并据此选择合理的切削用量，采用正交试验法对7075-T6铝合金进行了车削试验并对试验数据进行处理，得到表面粗糙度、表面残余应力关于切削三要素的多元非线性回归模型。在此基础上，以表面去除率、表面残余应力和表面粗糙度为优化目标，切削三要素为优化对象，基于遗传算法进行多目标优化，并绘制出Pareto前沿。根据实际加工需求，从优化解集中选择最优工艺参数。结果表明：表面粗糙度和表面残余应力均与表面去除率成反比关系；进给量和切削速度是影响表面粗糙度和表面残余应力的主要参数；仅在进给量最小的状态下，切削深度的增加会产生较大的表面残余拉应力。     

The investigation on the prediction of tool wear and the determination of optimum cutting conditions in machining 17-4PH stainless steel

The purpose of this paper is to develop a predictive model for the prediction of tool flank wear and an optimization model for the determination of optimum cutting conditions in machining 17-4PH stainless steel. The back-propagation neural network (BPN) was used to construct the predictive model. The genetic algorithm (GA) was used in the optimization model. The Taguchi method (TM) was used to find the optimum parameters for both models, respectively. Two steps of experiments have been carried out by machining 6 mm length and 90 mm length of the workpiece, respectively. The experimental scheme was arranged by using an orthogonal array of TM. It has been shown that the predictive model is capable of predicting the tool flank wear in an agreement behavior. The optimization model has also been proved that it is a convenient and efficient method to find the optimum cutting conditions associated with the maximum metal removal rate (MMRR) under different constraints. The constraint is the tool flank wear that can be determined from the predictive model. Furthermore, the systematic procedure to develop the models in this paper can be applied to the usage of the predictive or optimized problems in metal cutting.     

预置表面织构对硬态切削加工的影响分析

利用电火花穿孔技术预置表面织构,有效抑制硬态切削过程中较大切削力的产生,避免刀具磨损加剧,提高刀具使用寿命。使用CBN刀具硬态切削GCr15淬硬钢,设计关于切削深度、切削速度、进给量三因素无织构正交切削仿真模拟及试验,利用极差、方差及信噪比值法对仿真及试验数据进行分析,确定最佳切削参数组合,以及各参数对硬态切削过程中产生的切削力的影响程度。使用最佳切削参数组合,硬态切削预置表面织构的GCr15淬硬钢,观测刀具磨损情况,测量切削力,并与无织构等同切削条件下的结果进行对比分析,验证预置表面织构能够有效降低刀具磨损,提高刀具使用寿命。     

A grey prediction fuzzy controller for constant cutting force in turning

Constant force control is gradually becoming an important technique in the modern manufacturing process. Especially, constant cutting force control is a useful approach in increasing the metal removal rate and the tool life for turning systems. However, turning systems generally have non-linear with uncertainty dynamic characteristics. Designing a model-based controller for constant cutting force control is difficult because an accurate mathematical model in the turning system is hard to establish. Hence, this study employed a model-free fuzzy controller to control the turning system in order to achieve constant cutting force control. Nevertheless, the design of the traditional fuzzy controller (TFC) presents difficulties in finding control rules and selecting an appropriate membership function. To solve this problem, a grey-theory algorithm was introduced into the TFC to predict the next output error of the system and the error change, rather than the current output error of the system and the current error change, as input variables of the TFC. This design of the grey prediction fuzzy controller (GPFC) cannot only simplify the TFC design, but also achieves the desired result in TFC implementation. To confirm the applicability of the proposed intelligent controllers, this work retrofitted an old lathe for a turning system to evaluate the feasibility of constant cutting force control. The GPFC has better control performance in constant cutting force control than does the TFC, as verified in experimental results.