[发明专利]一种基于BP神经网络的数控加工切屑控制方法

说明书

本发明公开了一种基于BP神经网络的数控加工切屑控制方法，以主轴转速n、进给速率v_f以及切削深度d_p作为输入数据，以切屑卷曲半径和切屑宽度作为输出数据，建立BP神经网络。本发明旨在对切削参数及切屑分析的基础上，建立一个可靠而实用的数学模型，这对切屑控制的进一步研究具有一定的意义，从而用优化的切削参数来代替普通数控加工过程中工艺人员输入的经验切削参数，达到提高加工效率、降低加工成本及获得高质量产品的目的。

技术领域

本发明涉及金属切屑加工领域，具体涉及一种基于BP神经网络的数控加工切屑控制方法。

背景技术

在金属加工中，对工件表面质量造成负面影响并导致刀具损坏的主要因素是切屑干扰；切屑控制技术是现代先进机械制造系统中的基础关键技术,切屑控制技术不解决，任何一个理想的自动化过程都不能实现；在切削条件很恶劣的情况下，就需要合理的设计槽型和尽可能精确的编制制造工艺。

(1)切屑控制理论研究的系统化、定量化切屑的卷曲、折断和金属切削过程中切屑的变形、切削力、切削热和刀具磨损等物理现象是相互联系的，因此，切屑控制理论研究应和切削理论研究有机结合起来，并采用统计原理、模糊数学等方法使之定量化，以便于利用。

(2)由于用可转位刀片断屑槽断屑是断屑技术发展的主要趋势，所以复杂断屑槽断屑机理的研究，将有助于新型高效断屑槽型的开发和合理使用。

(3)数控机床、加工中心的使用使切削速度大大提高。高强度、高韧性难加工材料的增加和陶瓷、立方氮化硼等新型刀具材料及超硬涂层的应用，是现代切削加工的特点，切屑控制理论的研究应与之相适应。

(4)发展实用的切屑监测技术，实用的切屑监测技术将有助于现代切削技术的发展。

由于测量切屑各个相关参数步骤繁琐，近年来很少有学者透彻地通过研究分析切屑及做形成对应切屑时所用切削用量的相关参数之间的关系规律来建立数学模型。

切屑控制理论是断屑技术，特别是可转位刀片断屑槽型CAD的理论基础，近年来国内外学者对此进行了大量的研究工作；在切屑形状的描述方面，日本学者对自然切屑(无引导自由切屑)进行了描述，Stabler(Sun Y,Sun J,Li J,et al.Modeling of cuttingforce under the tool flank wear effect in end milling Ti6Al4V with solidcarbide tool[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2013,69(69):2545-2553)根据大量实验提出了著名的“sta-bler法则”。Colwell(ColwellLV.Predicting the Angle of Chip Flow for Single-Point Cutting Tools[J].TransAsme,1954,76)提出了用切削刃弦的概念确定一般斜角切削的流屑角图解法；这种图解法也可以用解析式表达，它虽然能在一定条件下反映流屑角的变化规律,但没有包括刀具主要角度物对流屑角的作用；Colwell在理论分析和大量实验的基础上，提出了切屑自然卷曲流屑角的计算方法。当考虑断屑槽的影响时，认为切屑流出碰到断屑槽壁时，要发生卷曲和反射，切屑的卷曲程度和反射方向均与初始屑流方向和碰到断屑槽壁的变形有关。实验表明，对于二维断屑槽，流屑角的变化仍符合由研究时确定的规律。而有学者(刘培德等.切削力学新篇[M].1992)在研究断屑情况对已加工表面粗糙度的影响时，对切屑的折断性进行了模糊估计。日本学者提出了切屑折断的条件，切屑离开刀具前面以后，可能碰到刀具后面、工件加工表面或待加工表面而折断或形成长螺卷屑失稳甩断。