铣削力的建模及优化技术

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-9 编码表4.实验数据的获取按切削实验表进行切削实验，通过测试系统分别得到Fx、Fy和Fz三个方向切削力的值，测试数据见图4-10。造成第一个齿切削力偏大的主要原因是铣刀的轴线偏移。

1.铣削时切削力的经验公式

在切削加工环境固定不变的前提条件下，切削力与切削参数之间存在复杂的指数关系。综合考虑上述因素后，我们提出本实验切削力的经验公式的通用形式是

式中，C_Fc是切削力系数；a_e是切削宽度（mm）；a_p是切削深度（mm）；f是进给量（mm/min）；v是切削速度（m/min）；C_e、C_p、C_f和C_v分别是切削宽度、切削深度、进给量和切削速度的指数。

2.确定因子的变化范围

由上述数学模型可知，影响切削力的四个因素是：切削宽度、切削深度、进给量和切削速度。因为加工难加工材料受到工艺装备、设备条件等多方面条件的制约，所以切削数据来源于生产现场或由技术人员提供。这里分别给每个因素四个水平，综合考虑后选用L₁₆（4⁵）正交表。

表4-4 四因素实验水平的选取

3.各因子的水平编码

可以得到四个因素取对数后的四水平的编码，见表4-4。分别通过线性变换

Z₁=（lga_e-0.45）/0.5 （4-28）

Z₂=（lga_p-0.88）/0.06 （4-29）

Z₃=（lgf-1.69）/0.03 （4-30）

Z₄=（lgv-1.425）/0.015 （4-31）(https://www.chuimin.cn)

可以得到四个因素取对数后的四水平的编码。程序自动计算，得到各因素的零水平、区间值以及四水平的编码表，见图4-9。

图4-9 编码表

4.实验数据的获取

按切削实验表（这里省略）进行切削实验，通过测试系统分别得到F_x、F_y和F_z三个方向切削力的值，测试数据见图4-10。

图4-10 切削力测试数据曲线图

图4-10是实验号为3的测试数据曲线图，图中有四个部分，分别是四个齿在切削时切削力的变化情况。造成第一个齿切削力偏大的主要原因是铣刀的轴线偏移。所有的测试数据见图4-11。

5.实验结果与分析

使用最小二乘法对实验数据进行统计处理后，得到切削力与各切削用量的线性回归模型：

图4-11 切削力数据及处理结果