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考虑螺杆转子表面质量与硬度的铣削参数优化

林泽利 孙兴伟 杨赫然 刘寅 赵泓荀

林泽利, 孙兴伟, 杨赫然, 刘寅, 赵泓荀. 考虑螺杆转子表面质量与硬度的铣削参数优化[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.017
引用本文: 林泽利, 孙兴伟, 杨赫然, 刘寅, 赵泓荀. 考虑螺杆转子表面质量与硬度的铣削参数优化[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.017
LIN Zeli, SUN Xingwei, YANG Heran, LIU Yin, ZHAO Hongxun. Optimization of milling parameters considering surface quality and hardness of screw rotor[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.017
Citation: LIN Zeli, SUN Xingwei, YANG Heran, LIU Yin, ZHAO Hongxun. Optimization of milling parameters considering surface quality and hardness of screw rotor[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 107-112. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.017

考虑螺杆转子表面质量与硬度的铣削参数优化

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.017
基金项目: 辽宁省应用基础研究计划项目(2022JH2/101300214);2022年度辽宁省教育厅高等学校基本科研项目面上项目(LJKMZ20220459);2023年度辽宁省教育厅高等学校基本科研项目面上项目(JYTMS20231190)
详细信息
    作者简介:

    林泽利,男,1997年生,硕士研究生,研究方向为数字化制造技术与装备。E-mail:15134062462@163.com

    通讯作者:

    孙兴伟,女,1970年生,博士,教授,主要研究方向为复杂曲面测量与数控加工轨迹优化、数控技术与专用集成数控系统、CAD/CAM/CAE技术等,在核心以上期刊发表学术论文100余篇。E-mail:ww7247@126.com

  • 中图分类号: TG54,TH161

Optimization of milling parameters considering surface quality and hardness of screw rotor

  • 摘要: 为提高多头螺杆转子的加工质量,文章探究了外包络铣削工艺参数对表面粗糙度和硬度的影响,并对工艺参数进行优化。以主轴转速、间歇进给量及加工倍率作为因素进行正交试验,试验结果表明:加工倍率是影响表面粗糙度值最主要的因素,间歇进给量是影响显微硬度值最主要的因素。采用多目标优化算法对工艺参数进行优化,得到最优工艺参数组合如下:主轴转速为191 r/min,间歇进给量为3.1 mm,加工倍率为15%。用该组参数加工可使表面粗糙度值降低17.15%,显微硬度值提高7.60%。文章提出的方法可为工艺参数的优化提供参考。

     

  • 图  1  螺杆转子外包络铣削示意图

    图  2  螺杆转子加工现场

    图  3  试验结果测量

    图  4  多目标优化流程图

    图  5  最优解集的支配值

    表  1  45#钢化学成分 (%)

    C Si Mn Cr Ni Cu
    0.42~0.50 0.17~0.37 0.50~0.80 ≤0.25 ≤0.30 0.25
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    表  2  45#钢物理属性

    屈服强度/
    MPa
    抗拉强度/
    MPa
    断面收缩率/
    (%)
    断后伸长率/
    (%)
    ≥355 ≥600 ≥40 ≥16
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    表  3  正交试验因素水平表

    水平 因素
    主轴转速n/(r/min) 间歇进给量f/mm 加工倍率F/(%)
    1 160 3.0 10
    2 170 3.5 15
    3 180 4.0 20
    4 190 4.5 25
    5 200 5.0 30
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    表  4  正交试验方案及结果

    序号 n/
    (r/min)
    f/
    mm
    F/
    (%)
    粗糙度Ra/
    µm
    显微硬度N/
    (HV1)
    1 160 3.0 10 1.093 160.7
    2 160 3.5 15 1.123 174.1
    3 160 4.0 20 1.203 187.4
    4 160 4.5 25 1.300 205.2
    5 160 5.0 30 1.463 230.7
    6 170 3.0 15 1.077 179.7
    $\vdots $ $\vdots $ $\vdots $ $\vdots $ $\vdots $ $\vdots $
    21 200 3.0 30 1.291 180.8
    22 200 3.5 10 0.800 196.4
    23 200 4.0 15 0.961 194.2
    24 200 4.5 20 1.182 194.5
    25 200 5.0 25 1.463 186.6
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    表  5  Ra方差分析结果

    来源 自由度 Adj SS Adj MS F P
    模型 8 0.665 068 0.083 134 49.45 0.000
    线性 3 0.631 691 0.210 564 125.24 0.000
    n 1 0.025 088 0.025 088 14.92 0.001
    f 1 0.139 587 0.139 587 83.03 0.000
    F 1 0.415 116 0.415 116 246.91 0.000
    平方 3 0.036 944 0.012 315 7.32 0.003
    n×n 1 0.000 121 0.000 121 0.07 0.792
    f×f 1 0.000 028 0.000 028 0.02 0.899
    F×F 1 0.036 472 0.036 472 21.69 0.000
    交互 2 0.077 300 0.038 650 22.99 0.000
    n×f 1 0.023 090 0.023 090 13.73 0.002
    n×F 1 0.015 791 0.015 791 9.39 0.007
    误差 16 0.026 900 0.001 681
    合计 24 0.691 968
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    表  6  N方差分析结果

    来源 自由度 Adj SS Adj MS F P
    模型 8 4 369.91 546.24 62.35 0.000
    线性 3 836.05 278.68 31.81 0.000
    n 1 0.14 0.14 0.02 0.903
    f 1 800.44 800.44 91.36 0.000
    F 1 10.29 10.29 1.17 0.294
    平方 3 671.24 223.75 25.54 0.000
    n×n 1 153.92 153.92 17.57 0.001
    f×f 1 361.95 361.95 41.31 0.000
    F×F 1 99.77 99.77 11.39 0.004
    交互 2 2 045.82 1 022.91 116.76 0.000
    n×f 1 353.34 353.34 40.33 0.000
    n×F 1 687.98 687.98 78.53 0.000
    误差 16 140.18 8.76
    合计 24 4 510.09
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    表  7  设计变量优化结果

    设计变量 n/(r/min) f/ mm F/(%)
    优化前 200 4 20
    优化后 191 3.1 15
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  • 录用日期:  2024-02-07
  • 修回日期:  2023-12-22

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