[发明专利]一种凸轮轴表面磨削质量控制的工艺参数优化方法

说明书

本发明提出了一种凸轮轴表面磨削质量控制的工艺参数优化方法。在有效控制磨削烧伤和裂纹的前提下，通过优化磨削参数，来最大限度地提高磨削质量，降低凸轮表面粗糙度，提高生产效率。选择表面粗糙度R_a和材料去除率Z′_w作为目标函数分别代表凸轮表面磨削质量和生产效率，通过响应曲面试验得到表面粗糙度的回归方程，基于材料去除率计算模型得到单位时间单位宽度内的材料去除率的回归方程，最后通过第二代非支配快速排序遗传算法得到兼顾R_a和Z′_w指标的磨削工艺参数组合优化解，进而达到凸轮轴表面磨削质量优化的目的。本发明能够在提高凸轮表面磨削质量的同时提升工件加工生产效率。

技术领域

本发明涉及一种凸轮轴表面磨削质量控制的工艺参数优化方法，适用于汽车凸轮轴的进出气凸轮磨削加工。

背景技术

20CrMo钢属于低碳合金结构钢，渗碳淬火处理后，机械性能优良，综合力学性能较好，是目前机械制造行业使用较为广泛的钢材之一，主要用于制作各种机械的重要部件如凸轮轴、轴套、连杆等。

钢件在磨削过程中工件表面经受磨粒的滑擦、耕犁和切削，使表面材料受到力和热的作用，工件表层温度瞬时升高的同时被冷却液急冷，导致表面产生烧伤和裂纹等缺陷，进而影响表面材料的机械性能。

在实际生产中，一个新产品的磨削工艺参数一般依赖于加工人员的经验和相关参考资料来选取，这种传统的方法存在一定的随意性以至于难以寻找最优的工艺参数组合，其一般会以牺牲磨削加工效率为代价降低磨削缺陷发生的概率。因此，需要对磨削工艺参数组合进行优化研究，在保证表面磨削质量的前提下，提高磨削效率。

发明内容

为解决钢件在外圆磨削加工过程中产生的磨削裂纹和烧伤，对磨削工艺参数组合进行寻优，达到提高凸轮表面磨削质量的同时提升工件加工生产效率的效果，提高凸轮轴的使用性能。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种凸轮轴表面磨削质量控制的工艺参数优化方法，包括以下步骤：

步骤1：凸轮轴外圆磨削加工过程中，保证其他影响因素一定，通过调整砂轮线速度v_s、工件转速n_w和磨削深度a_p的工艺参数组合来控制磨削质量，利用响应曲面法，根据磨削工艺参数经验推荐值，三个因素分别选取三个不同的水平值，建立响应曲面试验表，开展磨削试验，记录每组磨削试验后凸轮表面粗糙度R_a；

步骤2：利用逐步回归分析法，建立表面粗糙度计算模型，采用多元二次回归方程进行拟合，得到表面粗糙度R_a关于砂轮线速度v_s、工件转速n_w和磨削深度a_p的三因素二次回归方程；

步骤3：构建材料去除率计算模型，对磨粒运动模型建立坐标，结合磨粒的形状及材料去除特征，推导出单颗磨粒在高速磨削条件下的材料去除体积，得到单位时间单位宽度内材料去除率Z′_w关于砂轮线速度v_s、工件转速n_w和磨削深度a_p的非线性回归方程；

步骤4：利用第二代非支配快速排序遗传算法，将步骤2、步骤3得到的两个回归方程作为目标函数，给定三个因素的范围及步长，迭代计算得到一批处于第一支配等级的磨削工艺参数组合；

步骤5：以较小表面粗糙度R_a和较大材料去除率Z′_w为目标，选择较大的拥挤度的磨削工艺参数组合为最优解。

进一步的，所述步骤1中响应曲面试验采用Box-Behnken法设计，Box-Behnken设计是一种响应曲面设计类型，不包含嵌入因子或部分因子设计，其具有位于试验空间边缘中点处的处理组合，并要求至少有三个连续因子。