一種基于小樣本多元工藝參數分析優(yōu)化的滾齒干切加工方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及齒輪干切加工技術，尤其是涉及一種小樣本情況下的多元工藝參數優(yōu) 化的加工方法。
【背景技術】
[0002] 在實際滾齒干切加工中，由于其切削速度能達到一般滾齒的2倍以上，滾刀會有 專用的涂層，刀具壽命大大提高，這些都對滾齒干切加工工藝參數提出新的要求，而現(xiàn)目前 國內企業(yè)優(yōu)化工藝參數庫缺乏，有些甚至沒有，僅憑工人或工藝人員的經驗來決策，這給滾 齒干切的加工質量、加工時間、加工成本等造成巨大挑戰(zhàn)。
[0003] 國內尚處在滾齒干切機床制造求新階段，對滾齒干切過程中的工藝參數優(yōu)化研宄 較少，現(xiàn)有對滾齒干切工藝參數優(yōu)化問題的處理方法主要是試驗研宄和數值模擬，未達到 定量分析的階段。另外，當前能作為優(yōu)化工藝參數的樣本少，能用于一般滾齒工藝參數優(yōu)化 的神經網絡與遺傳算法結合的優(yōu)化方法、圖論與實例推理方法、差異演化算法都很難運用， 而且應用效果差，所以將支持矢量機的方法應用于滾齒干切工藝參數優(yōu)化，并指導加工是 新穎的，目前在這方面的研宄是欠缺的。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是，怎樣提供一種能夠提高加 工效果的滾齒干切加工方法，其能夠實現(xiàn)滾齒干切加工工藝參數的優(yōu)化，并將支持矢量機 回歸算法應用小樣本數據的預測，達到運算簡單、收斂速度快，提高加工效率的目的。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明中采用了如下的技術方案：
[0006]-種基于小樣本多元工藝參數分析優(yōu)化的滾齒干切加工方法，本方法采用數控干 切滾齒機實行滾齒加工，其特征在于，滾齒加工時，按照以下步驟進行小樣本情況下的滾齒 干切加工工藝參數的分析優(yōu)化，所述小樣本是指樣本容量小于20的工藝參數集合，具體步 驟為：
[0007] (1)實現(xiàn)滾齒干切工藝參數樣本集的規(guī)范化；輸入參數屬性包括工件模數、壓力 角、齒數、螺旋角、齒寬、材料、布氏硬度、精度等級、齒坯直徑、滾刀頭數、滾切類型和切削深 度，輸出參數屬性包括滾刀轉速、切削速度和進給量，待優(yōu)化滾齒干切工藝參數的屬性與 輸入參數屬性相同，滾齒干切工藝參數樣本集Set=VInX(In,Out)，In= [Xi,x2，…，xn]，n =12,Xpx2，…，xj別對應輸入參數屬性，Out=[ypy2,y3]，ypy2,y3分別對應輸出參數 屬性，In、0ut構成縱列，VIn是樣本值，構成橫行，首先，進行數值化，將不是數值的材料屬性 按照以下方式轉化為數值，主要材料分別為碳鋼、低合金鋼、合金鋼或灰鑄鐵的材料屬性對 應轉化為1、2、3、4 ;滾切類型分別為逆滾、順滾的滾切類型屬性對應轉化為1、2,接著，進行 歸一化，Zi= (z「zimin)/(zimax-zimin),i= 1，2,…，n+3,zimin,z-分別是第i屬性在樣本集 中的最小值和最大值；
[0008] (2)實現(xiàn)滾齒干切輸入參數屬性優(yōu)化核的生成；首先，去除Set中的Out部分，構 建新的樣本集Setln=VInXIn，Setln(b,c)表示樣本中b實例對應的c屬性值，bGVIn， cGIn,接著，進行近似約簡，從j= 1開始，將Xj去除，看SetIn(VIn,In-{Xj})中是否存在 相似樣本，判斷相似樣本的依據是兩個樣本的對應屬性值之差的絕對值小于〇. 01，若不存 在相似樣本，則將Xj重新添加到In中，循環(huán)上述步驟，一直計算到j=n,最終剩下的屬性 組成了滾齒干切輸入參數屬性優(yōu)化核，屬性個數為Num，Num是正整數；
[0009] (3)實現(xiàn)滾齒干切工藝參數支持矢量回歸估計；從計算滾刀轉速開始，構建新的 樣本集361:〇1^={(111 15,715)11^=1，2，一，]/[}，11115￡1?_，715￡1?，]/[為樣本個數，為正整 數，通過
【主權項】
1. 一種基于小樣本多元工藝參數分析優(yōu)化的滾齒干切加工方法，本方法采用數控干切 滾齒機實行滾齒加工，其特征在于，滾齒加工過程中，按照以下步驟進行小樣本情況下的滾 齒干切加工工藝參數的分析優(yōu)化，具體步驟為： (1) 實現(xiàn)滾齒干切工藝參數樣本集的規(guī)范化；輸入參數屬性包括工件模數、壓力角、齒 數、螺旋角、齒寬、材料、布氏硬度、精度等級、齒坯直徑、滾刀頭數、滾切類型和切削深度， 輸出參數屬性包括滾刀轉速、切削速度和進給量，待優(yōu)化滾齒干切工藝參數的屬性與輸入 參數屬性相同，滾齒干切工藝參數樣本集Set=VInX(In，Out),In= [XdX；^，…，xn]，n= 12,Xpx2, ???，別對應輸入參數屬性，Out=[yy2,y3]，y:，y2,y3分別對應輸出參數屬 性，In、0ut構成縱列，VIn是樣本值，構成橫行，首先，進行數值化，將不是數值的材料屬性按 照以下方式轉化為數值，主要材料分別為碳鋼、低合金鋼、合金鋼或灰鑄鐵的材料屬性對應 轉化為1、2、3、4 ;滾切類型分別為逆滾、順滾的滾切類型屬性對應轉化為1、2,接著，進行歸 一化，Zi= (z「ziniinv(ziniax-ziniin),i= 1，2,…，n+3,ziDlin,ziniax分別是第i屬性在樣本集中 的最小值和最大值； (2) 實現(xiàn)滾齒干切輸入參數屬性優(yōu)化核的生成；首先，去除Set中的Out部分，構建新 的樣本集Setln=VInXIn，Setln(b,c)表示樣本中b實例對應的c屬性值，bGVIn，cGIn, 接著，進行近似約簡，從j= 1開始，將Xj去除，看SetIn(VIn,In-{Xj})中是否存在相似樣 本，判斷相似樣本的依據是兩個樣本的對應屬性值之差的絕對值小于〇. 01，若不存在相似 樣本，則將Xj重新添加到In中，循環(huán)上述步驟，一直計算到j=n，最終剩下的屬性組成了 滾齒干切輸入參數屬性優(yōu)化核，屬性個數為Num，Num是正整數； (3) 實現(xiàn)滾齒干切工藝參數支持矢量回歸估計；從計算滾刀轉速開始，構建新的樣本 集361:〇11七={(11115,715)11^=1，2，...，]/[}，111 15￡1^1111，715￡1?，]/[為樣本個數，為正整數，通
算ak，b,其中，K( ?，?）為多項式核函 數，SL為省略號，Y為正則化參數，一般取4,ak為支持矢量，b為偏差量，接著，用公式
ox為待優(yōu)化滾齒干切工藝問題規(guī)范化后的輸入值，所求值即為 滾刀轉速的優(yōu)化值，然后依次是切削速度和進給量，重復上述步驟，最終完成滾齒干切工藝 參數支持矢量回歸估計；最后加工時，根據滾齒干切工藝參數支持矢量回歸估計得出的滾 刀轉速、切削速度和進給量進行滾齒干切加工。
2. 如權利要求1所述的基于小樣本多元工藝參數分析優(yōu)化的滾齒干切加工方法，其特 征在于， 所述步驟（2)中的滾齒干切輸入參數屬性優(yōu)化核生成的具體步驟包括， Stepl去除Set中的Out部分，構建新的樣本集Setln=VInXIn,j= 1，j+= 1，j++ = 2jM= 1，n= 12，設定樣本個數M，屬性個數Num= 12,計數count= 0 ; Step2 從In中去掉Xj，Num=Num-1 ; Step3 若j乒jM而且 |SetIn(VInj+，XjM)-SetIn(VInj++，XjM) | < 0.01，則count=count+1 ； Step4 若jM〈n+l,jM=jM+l,則進行Step3,否則進行Step5 ; Step5 若count〈Num，count= 0 ; Step6 若j++〈M+l,j++=j+++1，則進行Step3,否則進行Step7 ; Step7 若j+〈M,j+=j++1，則進行Step3,否則進行Step8 ; Step8 若count〈Num，將Xj添加回In中，Num=Num+1 ; Step9 若j< 12,j=j+1,則進行Step2,否則進行SteplO; Step10將In剩下的屬性組成滾齒干切輸入參數屬性優(yōu)化核。
3.如權利要求1所述的基于小樣本多元工藝參數分析優(yōu)化的滾齒干切加工方法，其特 征在于， 所述步驟（3)中的滾齒干切工藝參數支持矢量回歸估計的具體步驟包括， Stepl設定樣本個數M，K( ?，?）=[(px?Ink)+1]2,k= 1，2, "^M，px為為待優(yōu)化滾 齒干切工藝問題規(guī)范化后的輸入值，Ink為M個樣本的輸入參數屬性所對應的值，當前計算 輸出屬性OutR=滾刀轉速，y= 4 ; Step2從樣本集Set中抽取數據構建新的樣本集SetOut= {(Ink,yk)丨k=1，2,…，M}，yk對應OutR在樣本中的值； St印3通：
卜算未知變量ak，b，其中SL為 省略號； St印4利用公另
+6計算待優(yōu)化滾齒干切工藝問題的OutR的優(yōu)化 值， Step5若OutR=滾刀轉速，則OutR=切削速度，進行Step2 ; Step6若OutR=切削速度，則OutR=進給量，進行Step2 ; St印7完成滾齒干切工藝參數支持矢量回歸估計，得到滾刀轉速、切削速度、進給量的 優(yōu)化值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于小樣本多元工藝參數分析優(yōu)化的滾齒干切加工方法，其特征在于，按照以下步驟進行小樣本情況下的滾齒干切加工工藝參數的分析優(yōu)化，具體步驟為：（1）實現(xiàn)滾齒干切工藝參數樣本集的規(guī)范化；（2）實現(xiàn)滾齒干切輸入參數屬性優(yōu)化核的生成；（3）實現(xiàn)滾齒干切工藝參數支持矢量回歸估計。本發(fā)明的優(yōu)點是：針對滾齒干切工藝參數小樣本的特點，利用支持矢量機進行工藝參數的回歸估計，該方法運算簡單，收斂速度快。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104809313
【申請?zhí)枴緾N201510253575
【發(fā)明人】閻春平, 曹衛(wèi)東, 肖雨亮, 鐘健, 萬露
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月18日