[发明专利]基于响应曲面法的超声辅助加工的尖形刀切削力预测模型建模方法

权利要求书

1.基于响应曲面法的超声辅助加工的尖形刀切削力预测模型建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，以刀具摆角、前倾角及切割深度为自变量，三向切削力为因变量，考虑到因变量与自变量之间的相互关系，通过Box-Behnken实验设计方法进行实验方案设计，得到对应的实验方案；

步骤二，基于实验方案搭建超声辅助切割NOMEX蜂窝复合材料的切削力测试实验平台，并基于Box-Behnken实验设计方法所设计的实验方案进行实验并获取样本数据；

步骤三，借助Design-Expert软件运用响应曲面法对样本数据进行回归分析，建立以刀具摆角、前倾角及切割深度为自变量的切削力的二阶响应曲面模型；

步骤四，借助Design-Expert软件对所建切削力的二阶响应曲面模型进行方差分析，分析模型中的一次项、二次项及交互项对切削力的影响显著程度，剔除影响不显著项进而得到优化二阶响应曲面模型；

步骤五，任意指定切削条件对切削力预测模型进行实验验证。

2.根据权利要求1所述的基于响应曲面法的超声辅助加工的尖形刀切削力预测模型建模方法，其特征在于：所述尖形刀的刀具摆角调节范围为15°～30°，前倾角调节范围为20°～40°，切割深度为9mm～15mm。

3.根据权利要求1所述的基于响应曲面法的超声辅助加工的尖形刀切削力预测模型建模方法，其特征在于：步骤二中所用的NOMEX蜂窝复合材料的型号为HDL-1-1.83-48。

4.根据权利要求1所述的基于响应曲面法的超声辅助加工的尖形刀切削力预测模型建模方法，其特征在于：步骤三中切削力的二阶响应曲面模型表达式为：

F＝b+b₁α+b₂θ+b₃a_p+b₄αθ+b₅αa_p+b₆θa_p+b₇α²+b₈θ²+b₉a_p²

式中b_i为待估系数，F为切削力，α为刀具摆角，θ为前倾角，a_p为切割深度。

5.根据权利要求1所述的基于响应曲面法的超声辅助加工的尖形刀切削力预测模型建模方法，其特征在于：步骤三中三向切削力的二阶响应曲面模型表达式为：

F_x＝-1.175+0.09α-0.14θ+0.38a_p+0.003αθ+0.003αa_p+0.005θa_p-0.003α²+0.0008θ²-0.019a_p²

F_y＝-2.84+0.55α+0.44θ-0.86a_p-0.019αθ+0.04αa_p-0.002θa_p-0.008α²-0.0025θ²+0.0086a_p²

F_z＝1.138-0.16α-0.111θ+0.638a_p-0.0005αθ-0.0117αa_p+0.01θa_p+0.011α²-0.0005θ²+0.0278a_p²

式中α为刀具摆角，θ为刀具前倾角，a_p为切割深度，F_x为所设x轴方向的切削力，F_y为所设y轴方向的切削力，F_z为所设z轴方向的切削力。