[发明专利]一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法

权利要求书

1.一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤一，利用Design-Expert进行中心表面复合设计，设置输入变量切削速度v_c，单位为m/min，进给量f，单位为mm/r和切削深度a_p，单位为mm，令极值水平α＝1，即每个输入变量切削速度v_c，进给量f和切削深度a_p有-1、0和+1三个参数水平；选取中心点个数为1，即试验矩阵一共包含15组实验；设置输出响应分别为刀具磨损值VB和刀具磨损速率R；

步骤二，利用中心表面复合设计的方法在Design-Expert软件中进行实验。根据实验设计矩阵，选取某种机床、刀具和工件材料，在特定的环境和给定的切削参数下进行刀具磨损实验，测量并记录不同切削参数条件下的刀具磨损值VB，并由式1根据刀具磨损值VB求得刀具磨损速率R的值。

其中，VB为刀具磨损值，单位为μm，ls为实际切削长度，单位为mm，ls＝v_c·t，v_c为切削速度，单位为m/min，t为切削时间，单位为min；

步骤三，对步骤二得到的数据结果进行统计与整理。采用二阶多项式和最小二乘拟合法构建出刀具磨损值VB和刀具磨损速率R关于切削速度v_c，进给量f和切削深度a_p的显性数学表达式，建立输出响应刀具磨损值VB和刀具磨损速率R关于切削速度v_c，进给量f和切削深度a_p的二次多项式近似数学模型。

步骤四，由步骤一中设计变量的参数水平、步骤二中实验所确定的刀具磨损值VB、计算得到的刀具磨损速率R和步骤三中的输出响应刀具磨损值VB和刀具磨损速率R与独立变量切削速度v_c，进给量f和切削深度a_p间满足的二次多项式近似数学模型，利用空间三维等值面的思想，设输出响应类型为Y1，令输出响应值为Y10，则对应有点X10＝(x10,x20,x30)满足函数关系：Y10＝F(x10,x20,x30),除了X10点以外，还会有更多的点(X10,X20,···，Xn0)∈Xset使得上述函数关系成立，构建了一个空间三维等值面Ⅰ；

所构建的空间三维等值面Ⅰ中的独立变量x1，x2，x3可对应替换为切削三要素，分别为切削速度v_c，进给速率f和切削深度a_p，每个空间向量所代表的点在进行图形可视化的时看做一组特定的切削参数，同理，当把输出响应的取值分别确定为Y11和Y12时，空间三维等值面Ⅰ进一步离散，表示出不同响应值对应的切削参数点集；

通过利用响应曲面可视化的方法，构造三维等值面，得到关于刀具磨损值VB和刀具磨损速率R的三维刀具磨损图；

步骤五，通过步骤四获得的刀具磨损值VB和刀具磨损速率R的三维刀具磨损图，根据工程实际要求把刀具磨损值VB和刀具磨损速率R的取值控制在一定范围内以约束响应曲面，在MATLAB中令被约束的响应曲面耦合交求集，得到优化的切削参数。

2.根据权利要求1所述的一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法，其特征在于：步骤一中所述的中心表面复合设计是在传统设计基础上添加极值点和中心点，当使用代码的方式来编排试验表时，试验点有许多种形式，试验点用代码表示时与α的取值水平有关，其中代码0表示中值水平，其余四个水平分别为±1和±α，α代表极值水平，在k个因素的情况下，α取值表示为：α＝2^k/4；试验点按照在空间的分布被分为立方点、轴向点、中心点；

中心表面复合设计是令α取值为1的设计方式，使得所设计的轴向点存在于立方体的表面上，而不改变设计空间中其它点的坐标位置，这样使得每个因素的试验水平相比于原来的5个(-α,-1,0,+1,+α)减少到了3个(-1,0,+1)。

3.根据权利要求1所述的一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法，其特征在于：步骤四中所述三维刀具磨损图以v_c为x轴，f为y轴，a_p为z轴。