1、PDF外文：http:/ 3990 字 响应曲面法在最优化切削条件下 获得最小表面粗糙度的应用 摘要： 这篇文章主要讨论：在模具表面的铣削中，综合运用响应曲面法和常规算法相结合这样一种有效的方法，在最佳的切削条件下获得最小的表面粗糙度。响应曲面法被用于创造一种有效的模型来分析表面粗糙度，即切削参数：进给量、切削速度、轴向切深、径向切深和机器公差。为了收集表面粗糙度值，做了大量基于三个等级的，大部分因素的试验方法设计的机械试验和数据统计。一个有效的第四等级的响应曲面模具的型腔在试验中被测量。最优化切削条件下的常规算法对响应 曲面模具
2、获得预想表面粗糙度有很大的影响。常规算法使模具型腔的表面粗糙度值有过去 0.412 m 降到现在的 0.375 m ，相对降低了 10%。基于常规算法的最优化切削条件下的生产被实验测量证实具有一致性。 关键词：铣削、切削条件、表面粗糙度、注射模、响应曲面法、遗传算法 . 1、引言 目前生产塑料制品的模具零件需要铣削加工，而制造工业的发展主要取决于数控加工技术的发展。在用铝合金 7075 T6 制造机械模具零件时也常用数控铣削加工中心。在 本次的研究中用的也是铝合金 7075 T6，由于它具有像高抗变形、良好的传导性、较高的拉伸强度等优点，所以在飞行器和模具工业中广泛应用
3、。 塑料注射模生产的塑料产品的质量受模具表面铣削质量的影响，这些产品的质量通常与表面粗糙度值和表面粗糙度的测量有关。各种机床加工出来的工件的表面粗糙度是不规则的。表面粗糙度值即平均表面粗糙度，常用符号 Ra 表示。理论上， Ra 是离轮廓中心线的长度的算术平均值。 Ra 也是控制机器工作的重要因素。刀具几何尺寸、进给量、切削条件和其它不规则的机器运转因素，如：刀具的涂层、振动、刀具挠度、切 削液和工件特性等都会影响表面粗糙度。这里研究的主要是切削条件的影响（进给量、切削速度、轴向、径向切深和机床公差）。 一些学者已经研究过铣削条件在铣削和塑料注射模制造中的影响。例如真空
4、封蜡模的制造。为了预测表面粗糙度和刀具寿命，也就是在铣削钢材时的切削速度、进给量和轴向切深，建立了分析模型。 在铣削铬镍铁合金 718时，提出了一种优化表面光洁度的 有效方法 。 在这个研究中，建立了一个四等级的响应曲面模型，能够在铣削铝合金 7075 T6 材料的模具表面时获得预期的表面粗糙度。通常利用响应曲面法统计响应曲面模型，实验测 量证实了响应曲面模具的精确度。在寻找最佳切削条件获得最小表面粗糙度上，成熟的响应曲面模型和成熟的遗传算法有很大的联系。切削条件用进给量、切削速度、轴向和径向切深及机器公差表示。用遗传算法预期的最佳切削条件可用实验测量证实。
5、;目前，在这个研究中创造和利用响应曲面模型和常规算法比手册中的其它方法有许多优点。响应曲面模型是一个具有足够精确度的高等级、更富经验性的多项式模型，遗传算法去除了在遗传算法中存在的需用户定义的参数。用响应曲面法和遗传算法得到的最优化加工所生成的响应曲面模具的细节在下面的章节中给出。 2、试 验过程 2.1 试验规划 响应曲面法生成响应曲面模具的一个重要阶段是试验规划。在这个研究中，计划用三个等级的全部因素的设计来统计切削实验数据。切削实验表现为 5 个参数：进给量（ tf ）、切削速度（ cv ）、轴向切深（ aa ）、径向切深（ ra ）和机器公差（ tm
6、 ）。进行所有 35=243 个切削实验。切削余量分为高中低三个等级的全部因素试验设计的切削参数在表 1 中列出。切削参数的取值范围都是从 Sandvik Tool Catalogue 中的推荐值选取的。铣削加工是在已设置完毕切削参数的 DECKEL MAHO DMU 60P 五轴铣削加工中心上进行的，表面粗糙度 Ra从模具的表面上量取。 2.2 刀具和材料 实验中的刀具是铣头直径为 10mm 的平头四齿铣刀，刀具材料是 PVD AlTiN，表面渗碳处理。刀具的螺旋角为 45，前倾角为 10。机械实验都是在尺寸为 120 120 50的铝合 金（ 7075 T6）锭上的
7、模腔上进行的。后面所用的试件材料化学成分是： 1.6%的铜， 2.5%的镁， 0.23%的铬， 5.4%的锌。工件的硬度值为布氏硬度 150。铝合金的机械特性是：拉伸强度为 570MPa，屈服强度为 505MPa，剪切强度为 330MPa，延伸率为 11%. 用 Surftest 301 表面粗糙度测量仪通过一条沿中心线为 2.5 的样条测量表面粗糙度，把测量结果转化为 Ra 数值。由于这种方法比较简便，通用，这个研究也采用这种方法。每个 Ra 的测量至少重复三次，三个 Ra 的平均值作为响应曲面模具的表面粗糙度值记 录下来。 2.3 模具零件 用于该研究的模具零件是用
8、于生产应用于生物力学上的矫正部件的组成部分。如图 1所示。矫正部件常用于行走器械上用于保持人腿在行走时的平稳。它配备有一根直径为 12，长度为 300 的铝制圆棒，绑到膝盖的区域。矫正部件由三个主要组成部分。本次研究的对象就是其中之一。 2.4 制造矫正部件的零件 用一套完整的方法制造矫正部件的组件，用了三道机械加工工序。首先，在数控铣削加工中心上加工选定的部件，表面粗糙度值 Ra 从模具型腔表面量取。其次，用 ARBURG 把塑料注射进塑料注射模中， Polyacetal (POM)C902 是常用的注射用聚合材料。这种材料熔化后的密度为3g1.2 cm，注射温度是
9、165 ，粘度为 50 Pa s，熔化后的填充流速是 30.8 mincm 。最后，为了获得模具铸件，进行浇铸。模具部件、塑料产品和模铸件都在图 2 中给出了。 3、响应曲面模具的表面粗糙度 在用响应曲面法获得预期的表面粗糙度中，响应曲面模型是一个分析函数。在模具的生产阶段响应曲面法利用了试验数值统计法和最小正方形填充法。它被总结在图 3 中。响应曲面法最初 被 Box 和 Draper 用于物理实验的填充中，后来在其它领域也被采用。响应曲面模型可用下面的多项式函数表示： 0 1 1 1 .n n ni i i j i ji i jf a a x a x x 式中 0a ， ia 和ija为切削参数， n 是模型的参数 (例如：加工参数 )。在这个研究中，建立一个响应曲面模型，必须用 MATLAB 语言编写一个计算机程序，如 果有足够的数据，响应曲面程序具有创建多达第十等级多项式的能力。在模型中所有的交叉条件都能考虑到（例如：参数的相互影响）。响应曲面模型同样能在参数相反的条件下生成，即：如果需要的话能用 1ix取代 ix 。在建立响应曲面模型中，为 5 个参数（ tf 、 cv 、 aa 、 ra 和 tm ）设计的基
