铣削加工中切削比能预测模型及实验研究

作     者：朱培宇 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵国勇

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：数控机床 切削比能 灰色关联分析 支持向量机 切削比能预测 

摘      要：数控机床是集机-电-液于一体的复杂系统,在生产加工过程中消耗大量的能量。随着节能减排战略的实施,对数控机床能耗的分析和预测已成为现代绿色制造领域不可回避的问题。本文通过数据拟合建立了基于铣削实验的机床能耗预测模型。利用灰色关联分析方法分析了切削参数对切削比能的影响规律。利用MATLAB软件建立基于支持向量机的切削比能预测模型,实现对数控加工能耗定性定量的认识,进而达到节能减排,实现绿色制造。主要工作内容概括如下:首先,搭建了铣削实验平台,利用XD-40A数控铣床进行实验,通过功率分析仪获取实验数据。分析能耗特性,归纳总结能耗理论模型。基于确定的铣削系统,分析切削参数对机床能耗的影响机理。分析切削比能经验模型,利用实验数据进行拟合,得出切削比能预测计算公式,进而建立了机床能耗预测模型。然后,引入灰色关联分析理论。基于已有的实验平台,获得所需实验数据,代入灰色关联分析法中,确定最优的切削参数组合。通过所得灰色关系数来确定对切削比能或加工表面粗糙度影响最大的切削参数以及影响程度的排序。最后,针对建立数控机床切削比能预测模型时实验样本数量少,预测量数值变化波动大的问题,提出了一种基于支持向量机的数控铣床切削比能预测方法。利用MATLAB软件及其结合加载的LIBSVM工具箱编写脚本文件,对模型中的各参数进行寻优处理,预测不同加工参数下的机床切削比能。以数控铣床加工45号钢为例,将预测值与实验值进行对比,模型的均方误差达0.0094,相关系数达到93.5%,证明了该模型在切削比能预测方面的可行性。