[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

说明书

一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法，属于切削加工中的刀具磨损领域。其中包括以下步骤：利用Design‑Expert进行中心表面复合设计；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，获得不同切削参数条件下的刀具磨损值VB，根据VB求得刀具磨损速率R；构造出VB和R的二次多项式的近似数学模型，利用响应曲面可视化的方法，构造三维等值面，获得关于VB和R的三维刀具磨损图；根据工程实际要求约束响应曲面并令其耦合求交集，得到优化的切削参数。本发明基于所构建的刀具三维磨损图通过切削参数对刀具磨损的影响能够更加全面的量化评价刀具磨损，具有重要的工程应用价值和理论指导意义。

技术领域

本发明涉及一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法，属于切削加工中的刀具磨损领域。

背景技术

刀具作为机械加工技术的执行单元，它的工作状况将直接影响切削加工的质量和效率。随着机械制造加工技术的进一步发展，市场对产品的制造精度提出了更高的要求；据有关统计，机床加工过程中由于刀具原因导致的停机率约占总磨损率的22.4％，这大大降低了生产效率。因此如何确定切削加工过程中高度稳定可靠的工艺参数就成为工程人员关注的热点；

为了实现切削加工参数的优选，需要通过实验对刀具在特定切削条件下的磨损形貌进行研究，进而获得优选的切削加工参数；刀具的三维磨损图可以帮助系统研究刀具的磨损形貌，展现出包含切削三要素(切削速度v_c，进给量f和切削深度a_p)的刀具磨损值VB和刀具磨损速率R的三维磨损图，通过基于多重耦合限制求交集的思想实现切削参数的优选，为刀具切削时的工艺参数选择做出指导和参考；

目前国内外的研究人员展开的关于刀具磨损图的研究大多是采用其他学者文献中的实验数据，但这些数据缺乏一致性，用这些数据构造磨损图会影响磨损图的准确性；并且现有的刀具磨损图在量化评价刀具磨损时，仅能表现出两种切削参数对刀具磨损的影响，对于工程人员来说，无法据此实现全面的参数优选，故如何构建出三维的刀具磨损图就显得尤为重要。

因此，亟需提出一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明研发目的是为了解决现有的刀具磨损图在量化评价刀具磨损时，无法实现全面的参数优选并构建出三维的刀具磨损图的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种通过构建刀具三维磨损图进行切削参数优选的方法，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；