[发明专利]精拉刀刀齿参数实现方法

说明书

一种精拉刀刀齿参数实现方法，首先选取拉刀刀齿参数前角、后角和齿升量为设计变量，建立多约束响应曲面模型；选取常用约束，定量建立约束与设计参数间关系；基于面心组合的实现方法，对实验参数选择和水平值进行设定并开展实验；多元回归拟合数据，建立回归方程，得到满足约束条件的响应曲面模型；在许用约束构成的响应曲面的交集中选取得到刀齿设计参数；选择部分集合点验证，得到多约束响应曲面法用于拉刀参数优化设计时的可行性。本发明解决了重型燃气轮机涡轮盘榫槽精拉刀刀齿参数设计问题，并提出了一种可多约束响应曲面法，用于确定精拉刀结构要素设计可选的柔性参数集；也适用于对类似情况的榫槽精拉刀刀齿参数设计。

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种重型燃气轮机涡轮盘榫槽的精拉刀刀齿参数实现方法。

背景技术

轮盘榫槽的加工是燃气轮机制造中的关键质量控制工序之一，其加工精度和加工表面完整性直接决定了轮盘榫槽部位配合牢固程度和传力性能、抗疲劳断裂性能、抗蠕变性能、耐腐蚀性能等，最终决定了系统工作可靠性和服役性能。由于轮盘材料的难加工性，以及拉削过程存在的切削力、热、振动多场耦合作用，经常存在刀具磨损严重、刃口崩刃、加工表面质量不稳定与成形精度超差等问题。

对于榫槽拉削这类成形加工工艺，拉刀精准设计是保证榫槽廓形精度的关键手段。拉削不同于其他切削方式，除了切削的速度、深度和宽度、切削时序几乎均由拉刀齿升量、齿宽和齿距等参数保证。然而，当前枞树型榫槽拉刀设计通常以经验设计与类比设计为主，缺乏系统化的实现方法。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种精拉刀刀齿参数实现方法，通过选取拉刀刀齿参数的设计变量，基于面心组合的实现方法，对实验参数选择和水平值进行设定，对试验数据进行拟合，建立回归方程，在多响应曲面约束下，选择精拉刀刀齿结构要素，选择部分解验证实验模型有效性，实现了榫槽精拉削加工表面质量好的方案。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

步骤1：确定设计变量主次顺序，采用逐步降维的实现方法选取拉刀刀齿参数前角、后角和齿升量为设计变量；

所述的逐步降维具体是指：选择前角、后角、齿升量、齿距、齿数、刃口半径、刃口宽度、刀齿高、齿槽圆弧半径、齿背厚等刀齿参数为Xm设计变量(X₁，X₂，X₃，……，X_n)，每个设计变量作为列向量构成一个矩阵，并对矩阵的每一个行向量进行0均值化；每个设计变量选择Xn个水平值，构建Xm行Xn列的数据集矩阵Xmn，并进一步得到协方差矩阵和特征值、单位特征向量；计算每个设计变量的方差贡献率和累计方差贡献率，设定贡献率标准，从而确定拉刀刀齿参数的主成分设计变量，记为X_Set＝(X₁，X₂，X₃，……，X_n)。

步骤2：选取拉刀设计约束，定量建立约束与设计参数间关系，构建约束与主成分设计变量之间的函数关系式；

所述的拉刀设计的约束特征包括：拉削效率约束、拉削表面质量约束、拉床功率约束、拉刀承载力约束、拉刀承载温度约束、拉削工艺系统承载振动约束，即W₁，W₂，W₃，……，W_n以及刀具耐久性及疲劳寿命约束，函数关系式为W＝(W₁，W₂，W₃，……，W_n)。

所述的函数关系式为：其中：k_ai，k_bi和k_ij为相关系数。

步骤3：基于面心组合的实现方法，对实验参数选择即设计向量和水平值进行设定并开展实验；