超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷切削力预测模型研究.pdf

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1、振动与冲击第34卷第12期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷切削力预测模型研究肖行志，郑侃，廖文和(南京理工大学机械工程学院，南京210094)摘要：通过单因素实验设计，开展了牙科氧化锆陶瓷的超声振动辅助磨削实验，分别建立了超声振动辅助磨削加工切削力指数预测模型、BP神经网络预测模型以及理论预测模型。通过验证实验对比分析了三种模型的预测精度，并阐明了误差产生的原因。结果表明，基于BP神经网络的切削力预测模型相对于指数和理论模型具有较高的预测精度，其平均相对误差仅为9．60％，理论

2、模型因未能考虑材料的塑性流动去除，导致预测精度较低。关键词：超声振动辅助磨削；牙科氧化锆陶瓷；切削力预测；指数模型；BP神经网络；理论模型中图分类号：TH一16文献标志码：ADOI：10．13465／j．cnki．jVS．2015．12．024PredictionmodelofcuttingforceinultrasonicvibrationassistedgrindingofzirconiaceramicsXIAOXing-zhi，ZHENGKan，LIAOWen—he(SchoolofMechanicalEngineeri

3、ng，NamingUniversityofScienceandTechnology，Naming210094，China)Abstract：Ultrasonicvibrationassistedgrinding(UVAG)experimentsondentMzirconiaceramicswereconductedbyusingsing]e-factormethod．Anindexpredictionmodel，aBPneuralnetworkspredictionmodel，aswellasatheoreticalpredi

4、ctionmodelofcuttingforceinUVAGwereproposed．Averificationexperimentwasca~iedouttostudythepredictionaccuracyofthesethreemodels，andthecausesoferrorswererevealed．TheresultsindicatethattheBPneuralnetworkspredictionmodelhashigherprecisioncomparedwiththetwoothers，andtherel

5、ativeerrorisonly9．60％．ThepredictionaccuracyoftheoreticalmodelispoorduetotheneglectofplasticflowremovalduringUVAG．Keywords：ultrasonicvibrationassistedgrinding；dentalzirconiaceramics；cuttingforceprediction；indexmodel；BPneuralnetworks：theoreticalmodel氧化锆陶瓷因其良好的生物相容性、耐磨

6、性和美学特性而备受口腔修复领域的青睐¨I4J，然而由于其高硬度、低断裂韧性，导致其难以直接加工。目前，全锆牙冠是通过先对预烧结氧化锆陶瓷进行切削加工，再进行二次烧结的方法来获得。但此制作工艺复杂，烧结过程中牙冠各部位的收缩变形难以控制J。因此，将超声振动辅助磨削技术(原理如图1)引人口腔修复领域，实现完全烧结氧化锆陶瓷的直接加工，从而图1超声振动辅助磨削原理图可提高全锆牙冠的加工精度，同时缩短病人的等待Fig．1SchematicillustrationofUVAG时间。瓷超声振动辅助磨削过程中的切削力研究显得尤为必切削力直接

7、影响了切削加工过程中的稳定性以及要。目前，国内外学者分别从实验分析和理论建模角工件的表面质量，特别是对于表面形貌复杂、壁厚较薄度对超声振动辅助加工陶瓷等硬脆性材料的切削力开的全锆牙冠而言，影响更加显著。因此，开展氧化锆陶展了大量的研究。在实验分析方面，Lauwers等通过对比分析不同振幅下的超声振动辅助磨削氧化锆陶瓷基金项目：国家自然科学基金项目(51305206)；中央高校基本科研业务费专项资金(2012XQTR001)的切削力大小，指出超声振动的附加有助于减小切削收稿f3期：2014～01—08修改稿收到日期：2014—0

8、6—10力，且振幅越大效果越明显。吕东喜等通过光滑粒第一作者肖行志男，博士生，1990年生子流体动力学方法对超声振动辅助磨削加工过程中，通信作者郑侃男，博士，讲师，1983年生冲击裂纹的形成机理及对加工过程的影响进行数值模第12期肖行志等：超声振动辅助磨削牙科氧化锆陶瓷切削力