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面向磨损检测的切削表面粗糙度评估及AGRNN预测

孙备 张玲玲 李峰 赵凯绅 王翠芳

孙备, 张玲玲, 李峰, 赵凯绅, 王翠芳. 面向磨损检测的切削表面粗糙度评估及AGRNN预测[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 74-79. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.010
引用本文: 孙备, 张玲玲, 李峰, 赵凯绅, 王翠芳. 面向磨损检测的切削表面粗糙度评估及AGRNN预测[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 74-79. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.010
SUN Bei, ZHANG Lingling, LI Feng, ZHAO Kaishen, WANG Cuifang. Roughness evaluation and AGRNN prediction of cutting surface for wear detection[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 74-79. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.010
Citation: SUN Bei, ZHANG Lingling, LI Feng, ZHAO Kaishen, WANG Cuifang. Roughness evaluation and AGRNN prediction of cutting surface for wear detection[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 74-79. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.010

面向磨损检测的切削表面粗糙度评估及AGRNN预测

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.010
基金项目: 河南省高等学校重点科研项目(20B430012)
详细信息
    作者简介:

    孙备,男,1988年生,硕士,讲师,主要研究方向为机械设计。E-mail:sunbei2022@163.com

    通讯作者:

    孙备,男,1988年生,硕士,讲师,主要研究方向为机械设计。E-mail:sunbei2022@163.com

  • 中图分类号: TP273

Roughness evaluation and AGRNN prediction of cutting surface for wear detection

  • 摘要: 当前切削表面粗糙度大多需要结合人工经验以及多次测试方法,加工质量难以得到保障。在充分发挥加工阶段历史参数作用的基础上,构建了磨损监测模型。同时为了满足算法精度以及响应速率的要求,引入了快速响应和逼近的自适应广义回归神经网络(AGRNN)进行粗糙度预测。研究结果表明:计算得到粗糙度预测数据和实际值相关系数达到R2=0.988,预测模型达到了理想的控制状态,预测精度满足调控标准,经过设备调节后可以继续缩短响应时间。在主轴转速1 000~2 000 r/min、进给量0.2~0.3 mm/r、轴向切深0.2~0.4 mm、径向切深1~5 mm范围内,AGRNN对应的磨损与粗糙度MAPE依次为3.685和2.236,低于卷积神经网络(CNN)、高斯过程回归(GPR)、支持向量机(SVM)和多元线性回归(MLR)4种算法,达到了理想预测效果,控制决策时间也明显缩短。

     

  • 图  1  质量稳定控制流程图

    图  2  切削区域布置

    图  3  粗糙度真实值、预测值和优化值对比图

    表  1  铣削参数及水平

    切削参数水平1水平2水平3
    主轴转速V/(r/min)1 2001 6002 000
    进给量f /(mm/r)0.220.260.30
    轴向切深ap /mm0.30.40.4
    径向切深ae /mm1.503.004.50
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    表  2  正交试验表L9(34)

    编号切削参数水平
    主轴转速进给量轴向切深径向切深
    11111
    21222
    31233
    42122
    52331
    62321
    73132
    83213
    93321
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    表  3  测试样本预测

    对象实际磨损值W/μm监测磨损值W1/μm实际粗糙度Ra/μm预测粗糙度Ra1/μm粗糙度优化值Rap/μm时间
    T/s
    144.68243.2520.3080.3050.2703.221
    244.89643.1220.3100.3080.2942.685
    347.56345.9690.1170.1140.2742.236
    456.32054.6870.1040.1030.3082.125
    559.26358.0240.3120.3120.2793.026
    674.52273.1260.3260.3250.2771.633
    773.68573.0270.3230.3210.3041.125
    876.69674.7850.3430.3400.2730.963
    981.26380.0220.3420.3410.3181.233
    1082.82181.5470.3450.3430.2961.125
    1155.63353.6330.3290.3280.3422.523
    1255.22653.2540.3240.3240.3462.316
    1353.22151.2470.3480.3460.3374.522
    1455.69354.1260.4210.4200.3465.026
    1558.26356.8520.4660.4610.3333.685
    1661.26360.5770.3780.3750.3414.262
    1762.85259.9890.3810.3790.3433.412
    1864.05862.5630.3390.3360.3392.363
    1977.26676.4210.4810.4800.3415.021
    2078.02477.2240.4420.4410.3331.263
    2163.63261.2330.2690.2650.2732.326
    2263.15662.4960.2680.2640.2962.415
    2360.36359.2660.2680.2650.2782.408
    2459.89058.4150.2970.2950.3002.022
    2570.63369.1570.3200.3160.2752.036
    2671.02570.3660.1080.1030.2742.415
    2766.45965.2470.4040.4020.2982.856
    2866.25864.5750.1380.1360.2732.615
    2967.96466.6850.1930.1910.3094.027
    3080.36379.4560.4020.3990.3463.677
    3181.12680.4320.1320.1300.3334.815
    3291.26689.6230.4900.4880.3413.662
    3390.84588.7560.1170.1150.3342.675
    3485.60284.2580.4140.4120.2812.512
    3586.12285.6640.1220.1210.3142.504
    3684.12683.1120.4020.4000.3462.685
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    表  4  对比分析(45 组测试样本)

    模型MAPER2T/s
    磨损/μm粗糙度/μm磨损/μm粗糙度/μmPSOGACG
    AGRNN3.6852.2360.8930.97529.63542.2604.063
    MLR11.63314.5200.4950.55610.37616.8743.785
    CNN5.5636.0230.7630.90132.15642.63111.685
    SVM7.8527.8450.7840.93219.68512.2635.412
    GPR4.9663.1630.8020.94646.42086.2579.026
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  • 收稿日期:  2023-02-23
  • 录用日期:  2023-06-11

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