[发明专利]一种高压冷却下切削高温合金切削力预测模型的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削力预测模型的优化方法，属于金属切削加工领域。

背景技术

近些年，高温合金发展非常迅速，因为其拥有良好的物理力学性能，材料中加入的钴、钨等元素提高了合金的稳定性；较多的金属化合物使高温合金在800℃的高温环境中仍能保持很高的强度，抗拉强度可达800Mpa；稳固的原子结构使高温合金塑性较好。高温合金大量应用在航空制造、船舶工程、核反应堆等领域，随着我国机械加工行业的发展，目前对高温合金的工艺加工提出了更高的要求。

高温合金加工问题是制造业难点，材料中弥散分布的强化相造成严重的加工硬化，结构稳定的原子要求很大的切削力，几乎达到钢材的2～3倍，常规切削不能很好的完成高温合金加工要求，高压冷却加工却能有效保证刀具切削时间并显著提高加工效率，但是高压冷却下切削高温合金振动和冲击等因素非线性影响仍然较大，直接干扰到切削力信号采集，而现有切削力测量装置还不能够克服上述缺陷。

切削力是引起切削热的重要原因，并造成刀具磨损和破坏，最终影响到工件已加工表面质量；实际生产中切削力又是计算切削功率、设计和使用机床、夹具的依据。因此如何有效减小采集到的切削力误差是研究高温合金切削加工的有效途径，对高压冷却下切削力进行研究可以探究高温合金切削层特性及表面形成机理等，最终为高效加工高温合金提供参考和借鉴，对切削力预测模型进行分析和优化将有助于分析切削机理和提高实际生产效率。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出了一种高压冷却下切削高温合金切削力预测模型的优化方法，基于残差诊断分析，从模型参数空间的全局最优出发，考虑振动和冲击等因素造成的切削环境复杂性，有效剔除切削力异常值并相应地减小误差，满足试验值与优化值最佳拟合度且在试验范围内进行验证保证预测准确性，为高效切削难加工材料加工工艺提供参考，为高压冷却下高温合金切削机理研究奠定一定的基础。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高压冷却下切削高温合金切削力预测模型的优化方法，所述的优化方法包括如下步骤：

步骤一：合理选取v_c、f、a_p范围，在高压冷却下切削高温合金试验基础上采集不同切削力F_x、F_y、F_z信号；所述的切削力F_x、F_y、F_z分别为进给抗力、切深抗力、主切削力；

其中，所述的v_c、f、a_p分别为切削速度、进给量、切削深度，参考高速切削加工技术和难加工材料切削特点，选取范围须满足下述关系：

所述的高压冷却下切削高温合金试验包括单因素试验和正交试验两部分(所述的单因素试验探究PCBN刀具倒棱对切削力影响状况，了解其作用显著范围，在此基础上优选最佳倒棱宽度、角度，进行多因素多水平的正交试验)，所述的单因素试验和正交试验中v_c、f、a_p分别满足下述关系：

其中，v_i为v_c的具体取值情况，v_i+1与v_i关系用上式表示，N^*为正整数，f_i+1与f关系、a_i+1与a_p关系同理，v_c、f、a_p单位分别是m/min、mm、mm/r；

所述的进给抗力F_x、切深抗力F_y、主切削力F_z与切削力F关系满足以下条件：

步骤二：基于所述的单因素试验和正交试验，构建切削力预测模型；

所述的切削力F预测模型通过回归分析遴选最优组合共同来预测或估计切削力，满足以下条件：

其中，C_F表示加工系数，其取值取决于加工条件；v_c表示切削速度，m/min；a_p表示切削深度，mm；f表示进给量mm/r；x^F、y^F、z^F分别表示切削速度、进给量、切削深度的指数；