基于灰色关联分析的工件圆度控制参数的优化

    0 引言

    在机械加工过程中,选择优化的加工参数获得优良的加工性能是机械加工中的一项重要工作.在通常情况下,期望的加工参数是由用户手册或工人的操作经验决定的.然而,对特殊机器和特定环境,这并不能保证所选择的加工参数是优化或近似优化的值.为了选择适宜的加工参数,一些学者提出了采用统计回归、神经网络计算等建立机械加工参数和机械性能之间的数学模型等方法[1-5],再运用优化技术求出这类具有约束条件的目标函数的优化加工参数.但建立数学模型要经过大量的实验和实验分析,会消耗大量的时间和材料.故本文提出一种灰色相关分析的有效方法来决定优化的加工参数.

    圆度和表面粗糙度是加工园形零件的两个重要性能指标.在这两个性能指标中,圆度比表面粗糙度更重要.本研究以A55立式加工中心加工园形零件为研究对象.它有七个对加工性能有影响的因子,分别为:加速控制时间、负载惯量比、预设控制系数、预设控制时间、给料速度、切削速度、切削深度.为了提高加工效率、降低加工成本、提高加工质量,必须选择最适当的加工条件.对于复杂的多目标系统,上述这些因素的关系并不清楚,这种系统称为/灰色0,即为不完整和不确定的信息.在没有大量的实验数据的情况下,采用传统的统计分析方式是不合适或不可靠的.

    本研究的目的是利用灰色相关分析对多性能特征的加工进行优化.采用田口实验设计的方法设定加工参数,采用灰色关联分析确定影响因子水平同时还能确定对多性能指标影响最重要的因子和因子影响的排序.

    1 实验工作

    实验装置为A55立式切削加工中心,加工的机械零件为园形棒材,加工材料为T6061铝合金材料、材料尺寸为?32 mm×80 mm,切削尺寸为Æ30 mm×10 mm.刀具材料为钨钢、刀具尺寸为Æ12 mm.

    本实验选择七个因子作为控制因子,每个因子都设定为三个水平,根据田口实验设计法,采用一个L18正交表.每个实验进行三次,表面粗糙度和圆度的值取三次结果的平均值.加工参数和参数水平的设置见表1;表面粗糙度和圆度的实验结果见表2.若采用全因子实验,则需37×3=6 561次实验.但采用田口实验法中的正交表则只需18@3=54次实验,只为全因子实验次数的8. 23%.它大大地减少了实验次数,提高了工作效率.

    2 灰色相关分析

    灰色相关分析中,黑表示不含有任何信息,白表示含有全信息.灰色系统则处于黑白之间.换句话说,在灰色系统中,一些信息是知道的,一些信息是不知道的.白系统的各因子之间的相互关系是确定的,灰色系统的各因子之间的相互关系是不确定的.灰色相关分析是对一个主要因子与其它所有因子的不确定关系进行灰色关系分析.当实验模糊或者实验方法不能准确实现时,灰色关联分析有助于弥补回归计算的缺陷.灰色关联分析能精确测量序列间数据的绝对差值,并可以用来测量序列的关联关系.