田口方法—优化钻削参数
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切削过程仿真及工艺参数优化页数:3
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田口方法—优化钻削参数页数:17
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FANUC钻削中心调试说明页数:21
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钻削参数页数:67
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智能化的切削参数优化系统设计页数:3
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第5章钻进工艺技术(钻进参数优化、井斜及控制)
四、水力因素
保持井底清洁要经过三个过程： 保持井底清洁要经过三个过程： 对钻速 影响最大 首先是使破碎的岩屑离开岩石母体； 首先是使破碎的岩屑离开岩石母体； 然后是岩屑在井底被移动； 然后是岩屑在井底被移动； 最后由上返的钻井液将其从环空举升到地面。 最后由上返的钻井液将其从环空举升到地面。 压持效应： 压持效应：由于井内钻井液柱所形成的静液压力大于地 层压力，使得岩屑被压持在井底不易脱离的现象。 层压力，使得岩屑被压持在井底不易脱离的现象。 克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。 克服压持效应依靠射流的冲击压力和漫流的横向推力。 射流的冲击压力
转速与钻速的关系曲线
软地层，井底清洁； 1－软地层，井底清洁； 软地层，井底不净； 2－软地层，井底不净； 硬地层，净化不充分。 3－硬地层，净化不充分。
四、水力因素
在钻进过程中，从钻头喷嘴中喷射出的钻井液 射流) 钻井液( 在钻进过程中，从钻头喷嘴中喷射出的钻井液(射流)，对 钻进过程发挥着三种作用 三种作用： 钻进过程发挥着三种作用：
(2)钻井液粘度对钻速的影响
钻井液粘度↗ 循环系统的压耗↗ 钻头喷嘴的压降↘ 射流对井底的冲击力↘ 钻速↘
泵压传递（水功率传递）的基本关系式为： 泵压传递（水功率传递）的基本关系式为：
ps = ∆p g＋∆p pi＋∆p pa＋∆pb
泵压 地面管汇压耗 钻柱内压耗 循环系统压耗 环空压耗 钻头压耗
三、钻头轴承磨损速度方程
dB 1 VB = = nW y dt b
结合约束条件 用最优化方法求解
一、钻速方程
n Vm = (W − M ) 1 + C2 h
λ
杨格(Young F． 杨格(Young F．S)
钻井参数优化
（2）由于钻头的旋转，射流作用的小圆面积在迅速移动。 本来就不均匀的压力分布，又在迅速发生变化。
第五章 第一节 钻井参数作用机理
漫流的横推作用：漫流是射流冲到井底后形成的沿井 底的横向流动。漫流是紧贴并平行于井底很薄的对井底遮 盖较好的一层横向流动的液流，具有相当高的流速。其对 井底岩屑产生横向推动力或牵引力，从而使岩屑离开原破 碎点。 作用特点：
射流任一点的动压力与该点射流速度和射流液体密度 有关：
（1）在射流的任一截面上，中心动压力最大，自中心向 外，动压力急剧衰减，在射流边界上动压力为零。
第五章 第一节 钻井参数作用机理
（2）射流等速核内各处的动压力相等，都等于射流刚出 口时的动压力。
（3）在射流中心轴线上，超过等速核以后，动压力急剧 下降：
第五章 第一节 钻井参数作用机理
2. 钻压、转速对钻头磨损的影响 （1） 钻压、转速对牙齿磨损速度的影响
第五章 第一节 钻井参数作用机理
Q1，Q2—— D1，D2——钻压影响系数，其值与牙轮
C1—— Af——地层研磨性系数，其含义是当钻
压、转速和牙齿的磨损状况一定时，牙 轮钻头牙齿的磨损速度与地层的研磨性 成正比。
第五章 优选参数钻井
固定参数: 固定参数主要指地层参数，地层可钻性，地层 对钻压、转速、水力参数和钻井液参数的敏感指数，以及 地温梯度、地层化学组分对钻井液的适应性等。
可调控参数:可调参数主要指钻进中的机械参数、水力参 数、钻井液性能和流变参数三类大参数。
机械参数:指钻头类型，钻压与转速；
水力参数:指泵型选择、泵压、排量和水眼组合；
在杨格模式中引入考虑井底压差和水力参数影响的修 正系数，便成为修正杨格模式。即
第五章 第一节 钻井参数作用机理
钻削中心的调试与优化
钻削中心的调试与优化【摘要】钻削中心具有高速，高精的特点，对钻削中心进行优化并调整数控系统的相关参数，可以有效的提高定位速度和精度，从而提高加工效率与加工精度。
【关键词】钻削中心；优化0.引言进入21实际，我国的装备制造业迎来了迅猛发展的时代，数控机床的制造技术也在不断的提高和发展，技术的进步对机床的各项性能也提出了越来越高的要求。
钻削中心，凭借其高速，高精的特点，在数控机床的市场上备受青睐。
虽然，机械性能是影响钻削中心速度与精度的决定性因素，但充分利用数控系统的高速高精功能，正确合理的调整系统参数，优化数控系统，可以弥补钻削中心机械性能上的不足，以使钻削中心达到更快的定位速度，更高的加工精度。
以下将以FANUC系统的钻削中心为例，介绍钻削中心调试与优化的方法与步骤。
1.钻削中心的结构，性能特点1.1结构特点（1）X/Y坐标轴移动工作台，Z向主轴垂直移动，三轴均采用线性导轨、大螺距丝杆传动。
（2）主轴和主轴电机联轴器直连。
（3）转塔型刀库，换刀效率高，刀库容量10-14把。
1.2性能特点（1）高速、高加速度点定位能力。
（2）高转速、高加速度钻、攻等孔加工能力,高速高精度铣削加工性能。
2.钻削中心调试与优化的步骤以及注意点钻削中心调试与优化大致可以分为四部：①合理提高X/Y/Z三轴的伺服刚性，即：三轴的速度环和位置增益，确保三轴在高刚性下稳定运行。
②优化三轴的快速定位性能，确保三轴在最大G00定位速度下，以最优加减速启动、停止。
③合理提高主轴的刚性及加速性能，提升主轴攻丝效率。
④优化系统高速高精度功能，提升机床高速高精度的拐角、圆弧、曲面等模具加工性能。
以下将详细介绍方法与注意点。
2.1合理提高X/Y/Z三轴的伺服刚性提高三轴的伺服刚性可以按照以下三个步骤进行。
（1）测定各轴的频率响应，根据频率响应曲线，确定各轴速度环增益合理设定值。
测定各轴的频率响应时，需要提前设定各轴速度环相关辅助功能（NO.2003#3:1开通P-I控制功能；NO.2017#7:1开通速度换比例高速处理功能；NO.2006#4:1开通反馈滤波器），相关辅助功能可以更好提升速度环的响应。
油井提效增产技术参数分析与优化应用
油井提效增产技术参数分析与优化应用
油井提效增产技术是当前油田开发中非常重要的技术之一，其目的是通过优化油井生
产工艺、提高生产效率、降低开发成本，实现油田开采利润最大化。
在实际应用中，油井提效增产技术的成功实施，离不开对技术参数的合理分析和优化
应用。
下面我们就具体分析一下这些参数。
1.钻头参数
钻头是实施油井提效增产技术的重要工具之一。
在钻井过程中，钻头的直径、牙距、
切齿种类、切削角、牙突长度等参数都会对井下岩层的质量、井壁稳定性以及钻头的磨损
和磨损能力产生重要影响。
因此，在选择钻头及设计钻井方案时，需要根据不同的岩石构
造条件和地质特征，合理选择钻头参数，并进行优化应用，才能达到最佳钻井效果。
2.压裂工艺参数
压裂工艺是提高油田采收率和井网效果的关键技术之一。
在实施压裂工艺时，压裂液
的注入压力、注液浓度、注液速度、注液排泄时间等参数都会对压裂效果产生重要影响。
因此，在进行压裂工艺设计和实施时，需要建立合理的压裂工艺参数模型，并通过数值模拟、实验验证等方法进行参数优化，以实现最佳压裂效果。
3.泵送参数
泵送是油井提效增产技术中的重要环节之一。
在泵送过程中，泵送压力、泵送速度、
泵送量、泵送液体温度、泵送介质物质等参数都会对泵送效率和井下位移产生影响。
因此，在进行泵送工作时，需要根据井下介质质量和井眼状态，合理确定泵送参数，并进行参数
优化，才能确保油井提效增产目标的实现。
计算机智能技术在切削参数优化中的应用
计算机智能技术在切削参数优化中的应用作者：郑春光秦继林朱旭刚国海涛薛现伟来源：《计算机光盘软件与应用》2014年第01期摘要：切削参数的选择和优化是提高机械零件加工精度和稳定性的重要保证。
本文以汽车轴承支架轴承孔的精镗切削为例，选择对零件切削精度影响较大的五种参数，采用田口实验及计算机智能技术中的倒传递神经网络和遗传算法等方法的综合运用，对切削参数进行优化，迅速有效地找出最佳切削参数组合，从而提升零件质量和加工过程的稳定性，为提高机械加工企业的市场竞争力开辟了一种新的思路和途径。
关键词：切削参数；田口方法；倒传递神经网络；遗传算法中图分类号：TP311.13切削参数优化问题，一直是困扰我国机械加工企业的难题。
当前解决该问题的方法主要有三种：一是经验法，即操作人员根据经验或参考金属切削手册的数据，采用试错法进行实验[1]。
此法在企业中应用较多，因最佳参数值选取难度较大，不仅效率低且受熟练工人经验、资料繁杂等因素限制缺乏稳定性。
二是试验法，即通过对具体机床和切削工件及刀具进行切削试验，利用正交试验法或其它方法来分析研究切削参数，以获得合理的切削参数组合，由于该方法所获得的最佳切削参数均为离散型的组合，因而不容易真正找到最佳切削参数。
三是数值计算法，即通常采用正交或中心复合实验设计方法进行实验，借助多元回归方法建立一阶或二阶预测模型，在此基础上通过响应曲面法或遗传算法对切削参数进行优化，然而此类方法建立的数学模型误差大而且计算繁杂，不易求解，优化效果不理想。
本研究通过构建一套优化系统，综合运用田口方法结合计算机智能技术（Computational Intelligence，CI）中的倒传递神经网络（Back-Propagation Neural Network，BPNN）、遗传算法（Genetic Algorithms，GA）等，在汽车轴承支架轴承孔精镗切削工序中进行实证研究，对精镗切削中的切削参数进行优化，迅速有效地找到最佳切削参数组合，不仅提高加工过程的稳定性，而且能保证所加工的零件品质特性符合要求，大幅度降低不良率。
“优化钻进”——定切入量方法在钻探生产中的初步实践
关键词 ： 优化钻进 ；特定钻进 ；常规钻进 中图分类号 ： Ｄ ６ ． Ｔ ８ ２１ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ０４ １６ （０ ０ ０ — ０ ９ ０ １０ — １ ８ ２ １ ）２ ０ ８ — ２
所谓 “ 化钻进 ” 优 即采用 合理 的参 数达到理 想钻 进效果 的 方法 ， 这种钻进 方法可通过 多方途径 到达 ， 但最优 化 的钻 进效
岩 石 的 钻进 比压 入手 ， 定 合 理 切 入 量 所 需 的 钻 进 压 力值 。 确 １２应 具 备 的 条 件 ．
压值 Ｉ可随钻头唇面积减小 ， Ｄ 同样可 以达 到增 加钻 头对岩石的
比压值 目的， 根据这一原理 ， 我们在采 用常规钻头钻进（ 以下简
１２１必须 选择与所钻岩石相适应 的钻头结构参 数 ，因岩 ＿．
为 Ｏ８ ．０米 ／ ， 时 每转切入量是 ７ ４微 米 ， 但此时钻头 已变形， 由 于大压力钻进时间短 ， 钻杆 未受损坏。 从钻进操作过程来看 ， 通过调整钻压可获得不 同的钻进效 果， 当钻压过 小时钻头磨 料处于持续钝化过程 ， 生的钻进效 产 果不佳 ；当使用 过大 的钻进压 力时虽能使钻 头产生钝化一锐 化一再钝 化一 再锐化 的交 变过程 ， 获得好 的钻 进效 果 ， 但在极 为复杂的岩层 中钻 进 ，受钻杆 以及 特殊钻头 强度 限制未能采
确定理 想的每转 “ 切入 量 ”掌 握所钻岩 石的物理 机械性 能 ， ， 定 出相应 的钻头 每转切入量 ， 通过获得较佳 的钻进速度确定 出需
要的钻进压力值。
果应根据施工 区域实际 的地质情 况合理 选择钻头 参数及 操作
方 法来 达 到 。 速 控 钻 进 、 切 入 量 钻 进 等 是 实 现优 化 钻 进 的 具 定 体表现。
CNC机床加工中的钻削工艺参数优化与控制
CNC机床加工中的钻削工艺参数优化与控制在CNC机床加工中，钻削工艺参数的优化与控制是至关重要的。
合理选择和调整钻削工艺参数，可以有效提高加工效率、保证加工质量，并延长工具寿命。
本文将探讨钻削工艺参数优化与控制的方法和技巧。
一、钻削工艺参数的选择在CNC机床加工中，钻削工艺参数的选择是决定加工效果的关键因素之一。
常见的钻削工艺参数包括：转速、进给速度、切削速度、进给深度等。
在进行钻削操作时，根据具体工件的材料和尺寸要求，需要综合考虑以下几个方面来选择适当的钻削工艺参数。
1. 材料性质不同材料具有不同的硬度和韧性，对钻削工艺参数的要求也不同。
较硬材料需要较低的切削速度和较小的进给深度，以防止刀具磨损过快。
而较软的材料则可以选择较高的切削速度和进给深度，以提高加工效率。
2. 尺寸要求工件的尺寸要求对钻削工艺参数也有一定影响。
对于小孔径的钻削，一般需要较高的转速和较小的进给速度，以保证钻削的精度。
而对于大孔径的钻削，可以适当降低转速和提高进给速度，以提高钻削的效率。
3. 加工效率要求加工效率是指单位时间内所能完成的工作量，对于有高效率要求的加工，可以选择较高的转速和进给速度。
但是要注意不能过度提高，否则容易导致刀具磨损严重，影响加工质量。
二、钻削工艺参数的优化方法在选择适当的钻削工艺参数之后，接下来就需要对其进行优化，以提高加工效率和质量。
以下是几种常见的钻削工艺参数优化方法。
1. 实验优化法实验优化法是指通过实际的钻削试验，对各种不同的钻削工艺参数组合进行测试和比较，以找到最佳的参数组合。
在进行实验时，需要根据预先设定的优化目标，如加工精度、加工效率等，来评估各组参数的优劣。
2. 数值模拟优化法数值模拟优化法是指通过利用数值仿真软件，建立钻削过程的数值模型，并对不同参数组合进行仿真分析，以求得最佳参数组合。
数值模拟方法可以节省实验成本和时间，并且可以对复杂情况进行模拟和研究。
3. 统计优化法统计优化法是指利用统计学方法和实验设计理论，对钻削工艺参数进行优化。
数控机床钻孔加工参数的设置与调整
数控机床钻孔加工参数的设置与调整数控机床是一种高效、精确的钻孔加工设备，广泛应用于制造业各个领域。
在使用数控机床进行钻孔加工时，设置和调整加工参数是确保工件加工质量和效率的重要环节。
本文将详细介绍数控机床钻孔加工参数的设置和调整方法，以帮助读者更好地掌握这个技术。
首先，钻孔加工的参数设置主要包括切削速度、进给速度和切削深度。
切削速度是钻头在工件上切削的速度，它的选择应根据待加工材料的硬度和切削工具的材质来确定。
一般来说，硬度较高的材料需要较低的切削速度，而硬度较低的材料可以选择较高的切削速度。
进给速度是钻头在工件上前进的速度，它的选择应考虑到切削刃与工件之间的切屑脱落情况和切削效率。
切削深度是指钻孔在工件中的深度，它的选择应根据工件要求和钻孔刀具的直径来确定。
切削深度过大可能导致切削力增大、加工质量下降，而过小则会导致切削效率低下。
其次，钻孔加工参数的调整可以通过试加工或根据经验进行。
试加工是最直接的调整方法，可以先选择一组初始加工参数进行加工，然后通过观察加工结果来调整参数。
观察的指标可以包括加工表面光洁度、孔径尺寸偏差以及切削刃的磨损情况。
如果加工表面粗糙度大、孔径尺寸偏差过大或切削刃磨损较快，则可以适当降低切削速度和进给速度。
反之，如果加工表面光洁度好、孔径尺寸偏差小或切削刃磨损较慢，则可以适当提高切削速度和进给速度。
此外，根据经验也可以进行参数的调整。
在相似工件的加工过程中，根据之前的经验可以选择合适的加工参数进行加工。
最后，需要注意的是在进行参数设置和调整时，要根据具体情况进行综合考虑。
例如，在加工不同材料的工件时，加工参数的选择会有所不同。
除了考虑硬度之外，还要考虑到材料的粘附性、塑性等特性。
同时，还需要根据机床的性能、切削刃的磨损情况以及冷却液的使用情况来选择合适的加工参数。
此外，还应根据工件的形状、尺寸和加工工艺等因素进行综合考虑，以确保加工质量和效率。
综上所述，数控机床钻孔加工参数的设置和调整是确保加工质量和效率的重要环节。
使用田口方法加工不锈钢的参数优化
Magnetic abrasive finishing (MAF) was recently created to resolve these aforementioned problems. MAF involves using a permanent or electronic magnet to generate a magnetic field
Lieh-Dai Yang & Ching-Tien Lin & Han-Ming Chow
Received: 15 November 2007 / Accepted: 11 June 2008 / Published online: 22 July 2008 # Springer-Verlag London Limited 2008
When a permanent magnet or magnetic mechanism is installed on the outside of the workpiece, any uneven or concave areas of the part can be finished by the magnetic field [3, 4]. The internal and external pipes can also be finished by installing a magnetic pole inside or outside the part [5, 6]. Finishing pressure can be controlled via magnetic field for several macro- and micro-pressure applications [7, 8]. Workpiece materials can be magnetic (e.g., steel) or non-magnetic (e.g., ceramics), and the material removal weight can be adjusted based on the size of the magnetic abrasives. Thus, MAF is a multi-functional precise finishing method one can use to obtain quality surface finishes efficiently.
Lieh-Dai Yang & Ching-Tien Lin & Han-Ming Chow
Received: 15 November 2007 / Accepted: 11 June 2008 / Published online: 22 July 2008 # Springer-Verlag London Limited 2008
When a permanent magnet or magnetic mechanism is installed on the outside of the workpiece, any uneven or concave areas of the part can be finished by the magnetic field [3, 4]. The internal and external pipes can also be finished by installing a magnetic pole inside or outside the part [5, 6]. Finishing pressure can be controlled via magnetic field for several macro- and micro-pressure applications [7, 8]. Workpiece materials can be magnetic (e.g., steel) or non-magnetic (e.g., ceramics), and the material removal weight can be adjusted based on the size of the magnetic abrasives. Thus, MAF is a multi-functional precise finishing method one can use to obtain quality surface finishes efficiently.
考虑功率和效率的钻孔工艺参数优化方法
考虑功率和效率的钻孔工艺参数优化方法钻孔是钢铁、矿产、建筑等领域中常用的加工方法，其主要作用是将钢铁等材料中的孔洞加工出来，方便后续的加工处理。
随着制造业的发展，钻孔工艺的优化已成为提高生产率、降低成本、改善产品质量的重要手段。
本文主要介绍如何考虑功率和效率的钻孔工艺参数优化方法。
1. 建立钻孔参数模型在进行钻孔参数优化前，需要先建立钻孔参数模型，以确定需要考虑的钻孔参数。
一般来说，影响钻孔效率和功率的参数主要有：（1）进给速度：即钻头前进的速度，是钻孔齿轮的转速控制的重要参数。
（2）主轴转速：即钻孔主轴的转速，这个参数也是很重要的，转速太低则效率低，转速太高则容易损坏钻头。
（3）切削速度：钻头在钻孔时所移动的线速度，受主轴转速和进给速度的影响。
（4）冷却液：由于钻孔时会产生热量，冷却液的流量和喷射角度对钻孔效率和钻头寿命都有影响。
2. 确定优化目标在考虑优化方法前，需要确定优化的目标是什么。
比如，我们可以将进给速度、主轴转速和切削速度的比率定义为“钻孔功率”，即：钻孔功率 = 主轴转速 x 进给速度 x 切削速度优化的目标可以是最小化钻孔功率或最大化钻孔效率。
3. 设计实验方案在实验中，需要通过改变进给速度、主轴转速和切削速度的参数进行测试，以找出最优的钻孔参数。
具体的实验方案设计如下：（1）选择不同的加工材料，以验证钻孔参数对不同材料的影响。
（2）分别改变进给速度、主轴转速和切削速度的参数值，并记录下钻制过程中的数据。
（3）通过实验数据，建立参数模型，寻找最佳参数组合。
4. 使用响应曲面法进行优化响应曲面法是一种基于实验数据构建模型的优化方法，该方法可以通过建立参数模型来寻找最佳的钻孔参数组合。
使用响应曲面法的步骤如下：（1）根据实验数据建立钻孔功率（或效率）与参数之间的模型，可以采用多元回归分析或人工神经网络等方法建模。
（2）通过调整参数值，计算优化目标函数（如最小钻孔功率或最大钻孔效率）。
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田口非线性方法主要研究设计并初步确定最优的一组参数，是的产品具有更佳的性能[24]。田口方法主要被用于改善工业产品的质量，因其在这方面已被证实的成功[25]。然而，该方法的最终目的不是优化任何目标函数，而是降低其对不可控因素即噪声的敏感程度。所用到的目标函数是S/N最大值之比。这一方法把设计目标转到了设计过程的中间阶段，从而降低了影响设计的外部可变因素[26].有信噪比可得出最优的参数值，损耗函数能得出损失的补偿值。因此，S/N比和损耗函数就直接相关于质量测量[27]。质量损失可由损耗函数逼近，损耗函数即如下二次函数，它用一个具体的函数里计算经济损失。如果y代表与质量相关得变量，m是有限的目标值，则损失函数L(y)可以被定义为[28]：
其也可用于测量分贝。在越大越好测量类型中，较大的评估值往往取得其中更小值。理论上，得出的值没有上限，但在实际情况下，为了数据的正确性，需要有一些上限值。为了保持一致性，平均值被单做目标值[29].越大越好特征较小于越小越好特征，以下是期望损失L=kE(y2) 的评估：
越小越好模型：MSD= (6)
相应的S/N比变成[28]：
2.4刀具与涂层
试验所用的钻头有：氮化钛（TiN）,微单层氮化铝钛（TiAlN）,多涂层TiAlN/TiN和无涂层的直径为6mm的M35高速钢（DIN 1897）钻头。刀具和涂层材料的技术规格见表2.单涂层和多涂层结构件图5.
3.试验设计与优化
3.1田口试验设计方法
Genichi Taguchi针对工程设计的特殊要求研究出一种统计设计方法。Taguchi提出设计过程应包括三个阶段：系统设计，参数设计和公差设计。在系统设计阶段，为了计算出实验所需的基本数值，应用理论知识和经验的概念是明确的。Taguchi把各种可变因素分类两类，即可控因素和噪声因素。可控因素指那些低成本即可控制的因素，比如：可控自由度或者电参数。噪声因素则是指那些难控制，或者高成本才能控制的因素。然而，在环境温度和参数在允许范围内变动的实验条件下，噪声因素是可以被消除的[22]。田口方法很好的解决了各种设计中的质量改进问题。在早些时候的一些案例研究中，田口方法仅用于过程设计中，而没有应用到产品设计中。即过去田口方法仅仅被认为是实验设计方法而不被认为是设计方法学[23]。
@2012 Elsevier Ltd.版权所有。
1.引言
奥氏体不锈钢广泛应用于化工，石油，食品，制药业，核能和不锈钢设备等[1,2]。然而，由于奥氏体不锈钢具有更高的塑韧性，强度，加工硬化率和更低的导热系数，所以其加工非常困难[2,3]。随着科技的发展，通过粉末冶金制造的涂层和非涂层高速钢正在被广泛应用于现代钻削加工[4]。近年来，由于涂层技术的重大突破，单或多涂层刀具已经开始应用于更高切削速度和进给率的机械加工中。因此，利用但层或多涂层刀具做了大量的研究[5]。因为氮化铝钛具有更高的抗氧化性[6-8]，韧性[9]，硬度和抗腐蚀性，他们已经研究出这种材料来作为钛氮涂层的替代品。另外，由于氮化铝钛具有低导热系数[7]和摩擦性[10-12]，其更适用于高速干式切削环境。在多涂层方面，不同材料的涂层一定规律的次序覆盖在刀具表面。各涂层之间产生的结合面导致到刀具的硬度和强度急剧增加[6]。测量氮化钛，碳化钛，单涂层，多涂层高速工具钢的显微硬度值，得出多涂层刀具的硬度是其中最高的[12]。
层数1 1 6
摩擦系数0.25 0.35 0.3
图 5 涂层机构 （a）单层 （b） 多层[21].
前两项确定了可能被使用的最小ＯＡ，但这将是最低分辨率和最低成本实验。实验者可能会选择更大的实验（具有更大的ＯＡ），这将具有更高的分辨率，但也非造成更高的成本费用[31].
在这项研究中，刀具（无涂层，氮化钛涂层，TiAlN-N-Nano涂层，TiAlN/TiN多涂层），切削速度（V），进给率（f），被选择作为表面粗糙度和轴向力值的控制因素，它们的相关数值见表3.
田口方法是用来找到机械制造过程中目标函数的最优值。对比传统的实验设计，田口方法利用一种特殊的OA设计以最小的实验次数来达到检验质量特性的目的[30]。使用哪种OA设计主要取决于以下几项，其优先次序如下[31]：
●控制因素的数量级各因素的相互作用。
●各因素的数量水平。
●期望的实验结果及或成本的限制。
图4 表面粗糙度测量
均方偏差：MSD= (4)
这个公式指出了质量特征目标值的均方差。这里，更小数量级值仍总是大于其他值，并且理论目标值为零。最小有效值的实际值可以被定义为一个近似值[29]。为了与工程实际应用相联系，S/N比值在允许的情况下可以被设定得较大值，并且，对于越小值越好特征的采用以下变换：
越小越好：SN=-10log( ) (5)
表一
AISI 316化学成分
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu
0.05 0.380 0.971 0.039 0.006 16.58 9.94 2.156 0.321
钻削加工工人
图1.钻孔参数优化流程图
图3.钻削加工作用力
2.3表面粗糙度测量
使用SJ-301便携式表面测量量具测量每次试验钻孔的内孔表面粗糙度，并将所测得的表面粗糙度值的平均值作为评价标准。为了测量出表面粗糙度值，利用电火花线切割机将工件从经过孔轴线切开。从三个不同点分别沿平行于孔轴线测量表面粗糙度值，并取其平均值作为评价标准。表面粗糙度测量见图4.
表面粗糙度是衡量机械加工表面的一个重要的质量指标，它对于诸如：机械零部件的耐磨性，疲劳强度，摩擦系数，润滑，磨损率和耐腐蚀性有均有影响[13]。另外，根据材料的切削阻力说明，钻削所需的轴向力是最重要的参数，它决定了加工消耗的功率和能量。许多的参数影响切削力和表面粗糙度，如：切削速度，进给率，切削深度，刀具前角，刀尖半径和断屑槽几何形状。因此，很难得出一个切削力模型[14,15]。许多如，人工神经网络，多元回归分析和有限元分析已经得出分析模型和预算切削力和表面粗糙度。基于优化刀具参数的田口方法研究出一种不同以往方法的独一无二的有效的理论[16]。Kurt et al.[17]应用田口方法完成了在干式切削条件下对表面成形，孔径精度方面的刀具参数的优化。正交整列法，S/N比率，方差分析，回归方程分析被用来确定对于表面粗糙度和孔径参数的作用和最有水平。Tsao和Hocheng[18]负责预算和评估钻削合成材料的轴向力和表面粗糙度。他们使用的是田口方法和人工网络。实验结果表明进给速率和钻孔直径是决定轴向力的主要因素，同时进给速率和主轴转速主要影响表面粗糙度。Asilturk and Akkus[19]基于田口方法创造出最小化表面粗糙度的车削加工参数优化方法。并且他们的方法被引入应用到数控车床上。实验所用的是带涂层的标准AISI 4140刀具。使用反应曲面分类研究法（RSM），Nes_eli et al. [20]研究出了在车削加工AISI 1040钢中刀具几何形状对表面成形的影响。研究结果表明刀尖圆角半径是影响加工表面粗糙度的主要因素。
表2
刀具和涂层材料的技术规格。
高速钢涂层（TiN-PVD）高速钢涂层（单层TiAlN-PVD）高速钢涂层（TiAlN/TiN-PVD）
刀具材料M35 HSS M35 HSS M35 HSS
涂层厚度（μm）2.5 2.5 4
硬度（HV 0.05）2200 3400 3600
涂层结构Mono Mono Mutli
SN=-10log( ) (7)
注意：这里的目标值1/y为零。在这项应用中的田口方法包括有以下步骤：
●确定控制因素。
●确定每个控制因素的水平并选择近似的OA。
●在正交矩阵中填入可控因素值并指导实验。
●分析数据并确定控制因素的优水平值。
●进行验证实验并得出置信区间。
●改善质量特性
3.2控制因素与正交真理的选择
表3
切削参数及大小
特征切削参数
2.2轴向力测量
在钻削试验中，利用9257B型Ksitler压电测力计来次梁轴向力。来自测力计的信号传输至Ksiter 5070-A型多频段（8频段）放大器，然后存储到个人电脑上。测力计和工件被固定在数控加工机床工作台上。测量轴向力的实验布置键图2。
在钻削加工过程中会产生切削分力，即主切削力（Fc），轴向力（Ff）和径向力（Fr），三者见图三。钻头上两切削刃所受到的径向作用力可以认为相互平衡，因此仅有切削力和轴向力在加工过程中产生作用。因为钻削过程中所测得的主切削力大小远小于轴向力的大小。在这项研究中，虽然三个方向的分里均被测量，但只使用轴向力作为主要衡量机械加工功率的参数。
机械与精密仪器工程学院
外文资料翻译
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学号：**********
班级：机(卓)111
专业：机械设计制造及其自动化
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2015年3月15 日
基于表面涂有单层或多层PVD材料的AISI 316 高速钢钻削刀具参数优化的田口方法
摘要：这篇文章主要通过应用田口方法优化钻削参数以获得最小的钻孔表面粗糙度和钻削过程中产生的轴向力。基于L16正交整列理论，在立式加工中心做了大量钻削加工实验。在相同的干式切削条件下，分别用表面涂有M35 HSS材料和表面无涂有M35 HSS材料的AISI 316不锈钢钢材的麻花钻进行试验。引入方差分析的方法来找出影响钻削表面粗糙度和轴向力的主要因素。实验得出了控制因素为刀具，切削速度和进给速度。经过16次实验，总结出，刀具是影响表面粗糙度的最主要因素，进给速度是影响轴向力的最主要因素。验证实验结果表明，田口方法对于优化钻削参数以改善表面粗糙度和轴向力是非常有效的。
L(y)=k(y-m)2(1)
田口方法原本应用于通信与电子工程，后来引用相同的理论到实验设计中。S/N之比的概念在这两个应用中是很有用的，其通过减少可变因素和改善测量，提高了产品的质量。
S/N比将一些重复转化成一个可以当前变化数量和平均响应的值。一些S/N比有一个典型的特点：连续的或离散的；名义上是最好的，越小越好或者越大越好。田口建议，把该S/N之比的对数乘以10即可表示分贝的比率；这一应用在通信领域已有许多年了。因此，由于连续和名义最小这一特点，则要得出一个不变的期望值。这个不变的期望值就是所谓的名义目标值[29]。对于名义最好特点的S/N比可以定义为如下公式[28]:
其也可用于测量分贝。在越大越好测量类型中，较大的评估值往往取得其中更小值。理论上，得出的值没有上限，但在实际情况下，为了数据的正确性，需要有一些上限值。为了保持一致性，平均值被单做目标值[29].越大越好特征较小于越小越好特征，以下是期望损失L=kE(y2) 的评估：
越小越好模型：MSD= (6)
相应的S/N比变成[28]：
2.4刀具与涂层
试验所用的钻头有：氮化钛（TiN）,微单层氮化铝钛（TiAlN）,多涂层TiAlN/TiN和无涂层的直径为6mm的M35高速钢（DIN 1897）钻头。刀具和涂层材料的技术规格见表2.单涂层和多涂层结构件图5.
3.试验设计与优化
3.1田口试验设计方法
Genichi Taguchi针对工程设计的特殊要求研究出一种统计设计方法。Taguchi提出设计过程应包括三个阶段：系统设计，参数设计和公差设计。在系统设计阶段，为了计算出实验所需的基本数值，应用理论知识和经验的概念是明确的。Taguchi把各种可变因素分类两类，即可控因素和噪声因素。可控因素指那些低成本即可控制的因素，比如：可控自由度或者电参数。噪声因素则是指那些难控制，或者高成本才能控制的因素。然而，在环境温度和参数在允许范围内变动的实验条件下，噪声因素是可以被消除的[22]。田口方法很好的解决了各种设计中的质量改进问题。在早些时候的一些案例研究中，田口方法仅用于过程设计中，而没有应用到产品设计中。即过去田口方法仅仅被认为是实验设计方法而不被认为是设计方法学[23]。
@2012 Elsevier Ltd.版权所有。
1.引言
奥氏体不锈钢广泛应用于化工，石油，食品，制药业，核能和不锈钢设备等[1,2]。然而，由于奥氏体不锈钢具有更高的塑韧性，强度，加工硬化率和更低的导热系数，所以其加工非常困难[2,3]。随着科技的发展，通过粉末冶金制造的涂层和非涂层高速钢正在被广泛应用于现代钻削加工[4]。近年来，由于涂层技术的重大突破，单或多涂层刀具已经开始应用于更高切削速度和进给率的机械加工中。因此，利用但层或多涂层刀具做了大量的研究[5]。因为氮化铝钛具有更高的抗氧化性[6-8]，韧性[9]，硬度和抗腐蚀性，他们已经研究出这种材料来作为钛氮涂层的替代品。另外，由于氮化铝钛具有低导热系数[7]和摩擦性[10-12]，其更适用于高速干式切削环境。在多涂层方面，不同材料的涂层一定规律的次序覆盖在刀具表面。各涂层之间产生的结合面导致到刀具的硬度和强度急剧增加[6]。测量氮化钛，碳化钛，单涂层，多涂层高速工具钢的显微硬度值，得出多涂层刀具的硬度是其中最高的[12]。
层数1 1 6
摩擦系数0.25 0.35 0.3
图 5 涂层机构 （a）单层 （b） 多层[21].
前两项确定了可能被使用的最小ＯＡ，但这将是最低分辨率和最低成本实验。实验者可能会选择更大的实验（具有更大的ＯＡ），这将具有更高的分辨率，但也非造成更高的成本费用[31].
在这项研究中，刀具（无涂层，氮化钛涂层，TiAlN-N-Nano涂层，TiAlN/TiN多涂层），切削速度（V），进给率（f），被选择作为表面粗糙度和轴向力值的控制因素，它们的相关数值见表3.
田口方法是用来找到机械制造过程中目标函数的最优值。对比传统的实验设计，田口方法利用一种特殊的OA设计以最小的实验次数来达到检验质量特性的目的[30]。使用哪种OA设计主要取决于以下几项，其优先次序如下[31]：
●控制因素的数量级各因素的相互作用。
●各因素的数量水平。
●期望的实验结果及或成本的限制。
图4 表面粗糙度测量
均方偏差：MSD= (4)
这个公式指出了质量特征目标值的均方差。这里，更小数量级值仍总是大于其他值，并且理论目标值为零。最小有效值的实际值可以被定义为一个近似值[29]。为了与工程实际应用相联系，S/N比值在允许的情况下可以被设定得较大值，并且，对于越小值越好特征的采用以下变换：
越小越好：SN=-10log( ) (5)
表一
AISI 316化学成分
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu
0.05 0.380 0.971 0.039 0.006 16.58 9.94 2.156 0.321
钻削加工工人
图1.钻孔参数优化流程图
图3.钻削加工作用力
2.3表面粗糙度测量
使用SJ-301便携式表面测量量具测量每次试验钻孔的内孔表面粗糙度，并将所测得的表面粗糙度值的平均值作为评价标准。为了测量出表面粗糙度值，利用电火花线切割机将工件从经过孔轴线切开。从三个不同点分别沿平行于孔轴线测量表面粗糙度值，并取其平均值作为评价标准。表面粗糙度测量见图4.
表面粗糙度是衡量机械加工表面的一个重要的质量指标，它对于诸如：机械零部件的耐磨性，疲劳强度，摩擦系数，润滑，磨损率和耐腐蚀性有均有影响[13]。另外，根据材料的切削阻力说明，钻削所需的轴向力是最重要的参数，它决定了加工消耗的功率和能量。许多的参数影响切削力和表面粗糙度，如：切削速度，进给率，切削深度，刀具前角，刀尖半径和断屑槽几何形状。因此，很难得出一个切削力模型[14,15]。许多如，人工神经网络，多元回归分析和有限元分析已经得出分析模型和预算切削力和表面粗糙度。基于优化刀具参数的田口方法研究出一种不同以往方法的独一无二的有效的理论[16]。Kurt et al.[17]应用田口方法完成了在干式切削条件下对表面成形，孔径精度方面的刀具参数的优化。正交整列法，S/N比率，方差分析，回归方程分析被用来确定对于表面粗糙度和孔径参数的作用和最有水平。Tsao和Hocheng[18]负责预算和评估钻削合成材料的轴向力和表面粗糙度。他们使用的是田口方法和人工网络。实验结果表明进给速率和钻孔直径是决定轴向力的主要因素，同时进给速率和主轴转速主要影响表面粗糙度。Asilturk and Akkus[19]基于田口方法创造出最小化表面粗糙度的车削加工参数优化方法。并且他们的方法被引入应用到数控车床上。实验所用的是带涂层的标准AISI 4140刀具。使用反应曲面分类研究法（RSM），Nes_eli et al. [20]研究出了在车削加工AISI 1040钢中刀具几何形状对表面成形的影响。研究结果表明刀尖圆角半径是影响加工表面粗糙度的主要因素。
表2
刀具和涂层材料的技术规格。
高速钢涂层（TiN-PVD）高速钢涂层（单层TiAlN-PVD）高速钢涂层（TiAlN/TiN-PVD）
刀具材料M35 HSS M35 HSS M35 HSS
涂层厚度（μm）2.5 2.5 4
硬度（HV 0.05）2200 3400 3600
涂层结构Mono Mono Mutli
SN=-10log( ) (7)
注意：这里的目标值1/y为零。在这项应用中的田口方法包括有以下步骤：
●确定控制因素。
●确定每个控制因素的水平并选择近似的OA。
●在正交矩阵中填入可控因素值并指导实验。
●分析数据并确定控制因素的优水平值。
●进行验证实验并得出置信区间。
●改善质量特性
3.2控制因素与正交真理的选择
表3
切削参数及大小
特征切削参数
2.2轴向力测量
在钻削试验中，利用9257B型Ksitler压电测力计来次梁轴向力。来自测力计的信号传输至Ksiter 5070-A型多频段（8频段）放大器，然后存储到个人电脑上。测力计和工件被固定在数控加工机床工作台上。测量轴向力的实验布置键图2。
在钻削加工过程中会产生切削分力，即主切削力（Fc），轴向力（Ff）和径向力（Fr），三者见图三。钻头上两切削刃所受到的径向作用力可以认为相互平衡，因此仅有切削力和轴向力在加工过程中产生作用。因为钻削过程中所测得的主切削力大小远小于轴向力的大小。在这项研究中，虽然三个方向的分里均被测量，但只使用轴向力作为主要衡量机械加工功率的参数。
机械与精密仪器工程学院
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学号：**********
班级：机(卓)111
专业：机械设计制造及其自动化
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2015年3月15 日
基于表面涂有单层或多层PVD材料的AISI 316 高速钢钻削刀具参数优化的田口方法
摘要：这篇文章主要通过应用田口方法优化钻削参数以获得最小的钻孔表面粗糙度和钻削过程中产生的轴向力。基于L16正交整列理论，在立式加工中心做了大量钻削加工实验。在相同的干式切削条件下，分别用表面涂有M35 HSS材料和表面无涂有M35 HSS材料的AISI 316不锈钢钢材的麻花钻进行试验。引入方差分析的方法来找出影响钻削表面粗糙度和轴向力的主要因素。实验得出了控制因素为刀具，切削速度和进给速度。经过16次实验，总结出，刀具是影响表面粗糙度的最主要因素，进给速度是影响轴向力的最主要因素。验证实验结果表明，田口方法对于优化钻削参数以改善表面粗糙度和轴向力是非常有效的。
L(y)=k(y-m)2(1)
田口方法原本应用于通信与电子工程，后来引用相同的理论到实验设计中。S/N之比的概念在这两个应用中是很有用的，其通过减少可变因素和改善测量，提高了产品的质量。
S/N比将一些重复转化成一个可以当前变化数量和平均响应的值。一些S/N比有一个典型的特点：连续的或离散的；名义上是最好的，越小越好或者越大越好。田口建议，把该S/N之比的对数乘以10即可表示分贝的比率；这一应用在通信领域已有许多年了。因此，由于连续和名义最小这一特点，则要得出一个不变的期望值。这个不变的期望值就是所谓的名义目标值[29]。对于名义最好特点的S/N比可以定义为如下公式[28]: