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      切入無心磨削工藝的多目標(biāo)最優(yōu)化研究
      發(fā)布時間:2017-12-14 點(diǎn)擊數(shù):3222

       本實(shí)驗(yàn)通過對20X滲碳鋼進(jìn)行磨削加工得出表面粗糙度和圓度誤差的最小值,以此作為切入無心磨削工藝的優(yōu)化研究。輸入?yún)?shù)有:縱向修整進(jìn)給速度(Ssd)、切入進(jìn)給速度(Sk)、中心高度角(β)和導(dǎo)輪速度(Vdd)。


      1. 實(shí)驗(yàn)

             無心磨削模型:

             圖一是切入無心磨削模型,通過A值大小來調(diào)整中心高度角(β)。β和A的關(guān)系式如下:




             式中的H為砂輪中心和導(dǎo)輪中心到無心磨床托板刀板的距離。


             工件:

             20X滲碳鋼(62HRC);圖二中的工件由特制的30°角托板刀板支撐;表1為實(shí)驗(yàn)化學(xué)成分:




             砂輪:剛玉砂輪Cn80.TB1.G.V1.500.150.305x35m/s。

             機(jī)床:M1080B無心磨床,H=210mm,如圖三所示:




             測量設(shè)備:

             千分表測量圓度誤差,精準(zhǔn)度為5/10000,每個工件測量三次;日本三豐Surftest表面粗糙度測量儀SJ-401,臨界值0.8mm。表2中表面粗糙度和圓度誤差為連續(xù)三次測量所得平均值。




      2. 實(shí)驗(yàn)矩陣


             實(shí)驗(yàn)矩陣在無振動條件下操作,保持砂輪速度34m/s,磨削深度0.05mm,修整深度0.01mm,無火花磨削時間1s,冷卻液流量恒定。

             利用中心合成設(shè)計(jì),四個輸入?yún)?shù)(Ssd,Sk,β,Vdd)值如表2所示。實(shí)驗(yàn)矩陣共計(jì)29組,其中包括8個軸向點(diǎn)、5個中心點(diǎn)和16個正交點(diǎn),如表3所示:




             輸入?yún)?shù)對輸出參量的影響


             圖四展示了輸入?yún)?shù)對表面粗糙度(Ra)的影響。圖5—10顯示了輸入?yún)?shù)對表面粗糙度的交互作用影響。在每組圖片中有兩個變量,另外兩個作為恒定中間值。圖表顯示所有輸入?yún)?shù)對表面粗糙度都有顯著影響。










             輸入?yún)?shù)對圓度誤差的影響

             圖11展示了輸入?yún)?shù)對圓度誤差的影響。圖12—17顯示了輸入?yún)?shù)對圓度誤差的交互作用影響。在每組圖片中有兩個變量,另外兩個作為恒定中間值。圖表顯示所有輸入?yún)?shù)對圓度誤差都有顯著影響。








      3. 回歸模型


             實(shí)驗(yàn)利用數(shù)據(jù)分析軟件Minitab 16來設(shè)置回歸系數(shù)。表4和表5分別是Ra和Δ二次函數(shù)模型的回歸系數(shù)估計(jì)值。表面粗糙度和圓度誤差模型以編碼參數(shù)的形式用非還原最終方程式表達(dá)出來。








             以上模型可以在特殊設(shè)計(jì)點(diǎn)預(yù)測表面粗糙度和圓度誤差。表3還給出了預(yù)測反應(yīng)值R*a 和Δ*。圖18和19給出了測量值和預(yù)測反應(yīng)值之間的不同。




      4. 最優(yōu)化

             通過最優(yōu)化處理,將Ra和Δ最小化,而Ra和Δ也會構(gòu)成多目標(biāo)最優(yōu)化問題。試驗(yàn)利用Minitab 16軟件來對這些目標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)化處理。圖20和表6分別是最優(yōu)化圖和數(shù)值表。




      5. 結(jié)論


             在對20X滲碳鋼加工過程中,所有四個輸入?yún)?shù)(Ssd,Sk,β,Vdd)對輸出參量、表面粗糙度和圓度誤差都有顯著影響。因此,為了實(shí)現(xiàn)對20X滲碳鋼表面粗糙度和圓度誤差的最小化目標(biāo),Ssd,Sk,β,Vdd的值應(yīng)分別為241.41mm/min;7.98μm/s;7.9°和 27.76m/min。


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