基于灰色关联—田口法进行侧铣加工参数的稳健设计

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1、基于灰色关联一田口法进行侧铣加工参数的稳健设计J.Kopac*,P.Krajmk卢布尔雅那大学，机械工程学院，，ST-1000卢布尔雅那，日斯洛文尼亚摘要:侧铣加工参数的稳健设计主要是用来优化一个铝合金铸造板注塑模具加工中的切削载荷、匕铣削表面粗糙度和材料去除率。侧铣加工切削参数包括冷却液使用情况、切削刃数量、切削速度、每齿进给砧、轴A切削深度和行距。灰色关联一田口法结合了正交实验和灰色关联分析，它能够面向多过程响应分析出一套最优的铣削参数没置方案。通过灰色关联度分析可以得到灰色关联度，灰色关联度可以将一个多目标优化问题转化力单一目标优化问题，同吋灰色关联度的数值还可

2、以反应山各种参数对于总体性能影响的大小。关键词：铣削，优化，灰色关联一田口法，稳健参数设计1.引言铝合金模具由于价格便宜被广泛应用于汽车行业中的低压注塑模具和吹模。模具制造商需要一个铸板，这个铸板赢具有良好的加工性能，稳定的尺、r和机械性能。模具铸造板使用立铣刀进行侧铣加工能够保证比较高的加工效率。侧铣加工使川刀具的侧刃一次走刀加工，切削掉大量的材料同时还能保证高的加工表面质量【1】.高速切削产生大量的热量，这会间接引起刀具寿命的缩短，这也是模具制造工业中技术上的主要限制因素【2】。因此，高速加工并不是总是被采用。在侧铣加工中，通过大的切削深度与切削宽度在较低的切削速

3、度下，大的材料去除率也许能够实现的更好。稳健参数设计时一种用丁提高产品或者生产过程质量的有效方法。稳健参数设计的目的是选取工艺参数的一个最优值，使优化R你的质fi最好同时引起的其他变化最小。稳健参数设计规范化使川是由m口开始的，他提岀了正交实验来证明工艺参数的合理设罝能够在增强收益上有强劲的表现，正如数裾分析技术所做的一样【3】。田口采用正交表进行正交实验，准确的估计出了工艺参数的影响，形成了m口实验的一个基本特征。总的来说，田口法是川于处理单一0标优化问题。然后，侧铣加工参数是一个多目标优化问题，所以需要应用灰色关联度分析来解决［41在我们的研宂中，侧铣参数优化是灰

4、色关联与田口方法相结合，选収L18(2'x37)的正交阵列。实验目的是为了找出能够使表面粗糙度和切削合力G最小而材料去除率最大的工艺参数最优组合。这个优化并没有通过计算信噪比来实现，而是通过灰色关联度分析来实现的。1.立铣刀的侧铣加工侧铣加工采用硬质合金立铣刀，对丁•模具加工中同一大类的表面加工，能够提高产量的同吋保证良好表面质量。大的切削合力会引起刀具与切削系统的超负荷工作产生挠度变形，从而降低加工表而的质景。在侧铣加工中，材料去除率巾轴向切削深度、行距、工作台进给速度也就是工件进给速度、每齿进给量和切削刃的数量决定的。对于固定式铣床，切削速度是独立于机床的工作台速

5、度的。如此一来，材料去除率不能通过提高切削速度来提高。切削速度的提高反而会降低每齿进给量和切削敁度【5,6】。如果材料去除率必须得到提高，那么工作台的移动速度也必须提高。这可以通过儿种方式实现：今切削速度和工作台速度的不变会增加切屑睜度，同时也会直接影响到每齿进给量和增加材料去除率。今工作台进给的增加而切削速度保持不变增加了切屑厚度和每齿进给量。今切削力数量的减少同时进给速度和工作台进给保持不变能够增加切屑睜度和材料去除率。从上述可以淸楚看出侧铣是一个受很多参数影响的加工过程，这些参数是相互依赖而且很难量化的。因此，根据工艺要求精确涉及工艺参数是很重要的。2.实验细节

6、铝合金工件尺寸为14O/Z7/Z?xIQmmx3Qmm在立式加工中心上进行加工，铝合金5083（4.5%Mg—l%Mn—0.15%Cr）具有较低的应力，它的这种特性使得它在加工过程中保持稳定性。对于一件非热处理的合金，它有一个相对好的强度和初性，其至足在岛温下也是如此。切削条件取决于工件材料，立铣刀，要求的表妞粗糙度和机床特点。根据工件材料和加工过程需要选定了立铣刀作为实验刀具。根裾材料的强度和耐磨性设定进给率和切削深度。铣削实验采用无涂层的硬质合金立铣刀（K10微晶），分别有双刀刃（A=30°）,三刀刃（A=3O°）和四刀刃（A二38°）三种类型，刀刃长度都为18m

7、m，如阁1所示。刀具尺寸为012tnmx73zw/w具有足够的刚度【7】。图1硬质合金立洗刀在侧铣过程屮，立铣刀在每转一周时，每个切削力都会与工件接触一次，从而就会出现在两个刀刃之间的一个间断切削的过程，这时候切削力会产生波动，具体波动情况根据接触角和刀刃数量有关。工件被安装在一个多部件测力仪上（吉斯特勒9259A）,如图2所示，这样可以同时测量两个加工受力：进给力Fz,方向为进给方向，一个进给法向力/;,垂直于进给方向。最终所受合汕Fr=。整个测量装置还包括电茹放大器（吉斯特勒5001），一个频谱分析仪（HP3567A）和一台用于采集分析数据的电脑