【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，屬于機械技工。
技術介紹
1、金屬切削加工時常面臨切削噪聲和切削振動過大的問題，這不僅會降低工作環境的安全性，還會降低工件加工的精度和表面質量。因此，使用切削液被認為是一種有效的控制方法。
2、根據基礎成分，切削液可分為水溶性切削液和油溶性切削液。水溶性切削液具有良好的冷卻效果，但揮發性較高。而油溶性切削液具有良好的潤滑效果，但冷卻效果相對較差。因此，在金屬加工中選擇合適的切削液至關重要。
3、雖然許多學者已經從切削參數和切削條件方面分析了如何提高工件表面質量，但鮮有學者量化分析不同類型切削液對切削噪聲和切削振動的影響程度。因此，亟需設計出一種水基和油基切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是，克服現有技術的不足而提供一種基于水基和油基切削液對切削噪聲和切削振動的影響程度的研究方法，能夠量化分析切削液種類對切削噪聲和切削振動的影響程度。
2、本專利技術提供一種切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，包括以下步驟：
3、s1、基于切削三要素擬設計切削試驗方案，搭建同步采集切削噪聲信號和切削振動信號的濕切削試驗平臺；
4、s2、通過步驟s1設計的試驗方案和切削試驗平臺，完成鈦合金在水基和油基切削液下的切削試驗，并在試驗過程中同步采集切削噪聲信號和切削振動信號，分別提取
5、s3、對試驗數據進行分類整理，計算上述五種特征值的平均值和標準差得到變異系數，對比分析兩種切削液下特征值的波動程度；
6、s4、繪制包括最大值、上四分位數、中位數、平均值、下四分位數和最小值的四分位圖及正態曲線圖，將多組數據繪制在同一坐標，直觀分析數據的平均水平；
7、s5、基于隨機森林回歸模型，劃分訓練集和測試集，對比分析兩種切削液澆注下特征值的擬合精度。
8、本專利技術在基于水基和油基切削液下對工件進行不同切削參數的切削試驗。實現同步采集切削噪聲信號和切削振動信號，分別提取聲壓級均方根值、聲功率級均方根值和三向振動加速度均方根值。聲壓級均方根值、聲功率級均方根值和三向振動加速度均方根值以下統稱五種特征值，分別計算上述五種特征值的平均值和標準差，對比分析特征值的波動程度。分別繪制包括最大值、上四分位數、中位數、平均值、下四分位數和最小值的四分位圖及正態曲線圖，將多組數據繪制在同一坐標，直觀分析數據的平均水平?；陔S機森林回歸模型，將輸入的試驗數據劃分數據集，對比分析基于水基切削液和油基切削液澆注下五種特征值的擬合精度。
9、作為本專利技術進一步優化的技術方案如下：
10、所述濕切削試驗平臺由數控機床、銑刀、試樣、切削液澆注、裝置、切削噪聲信號和切削振動信號測量系統組成，所述切削噪聲信號和切削振動信號測量系統由精密性聲級計、聲音校定器、壓電式三向加速度傳感器、電荷放大器、高速數據采集儀、聲學振動測量系統和數據處理計算機。
11、所述步驟s1中，所述聲音校定器主要用來對精密型聲級計進行校準；所述精密型聲級計固定在距離待加工工件一定距離的三角架上，用于實時采集待加工工件在加工過程中產生的噪聲信號；所述高速數據采集儀與精密型聲級計相連，利用精密型聲級計在切削過程對切削噪聲信號進行同步實時測量；所述精密型聲級計通過usb數據傳輸線與安裝有聲學振動測量系統和數據處理計算機相連；所述壓電式三向加速度傳感器通過強力磁鐵固定于機床夾具上，將試驗過程中產生的非電量切削振動信號轉化為電信號，壓電式三向加速度傳感器通過三根專用導線與三個電荷放大器相連，將轉化的微弱電信號放大；所述電荷放大器通過傳輸電纜與高速數據采集儀相連，匯總三向振動加速度數據并通過usb數據線與安裝有聲學振動測量系統和數據處理計算機相連。
12、進一步的，所述切削液澆筑裝置為外接切削液生發裝置，所述外接切削液生發裝置包括切削液容器、出液管和噴嘴，其中裝有切削液的容器通過出液管與噴嘴相連，所述噴嘴朝向刀具和被加工工件所在的切削區布置。
13、所述步驟2中，使用水基和油基切削液的濕切削試驗是指在同一加工設備及加工環境條件下采用不同切削液的切削試驗，包括水基切削液和油基切削液。
14、所述步驟s2中，從同步采集的切削噪聲數據中提取具有代表性的噪聲聲壓級均方根值和聲功率均方根值作為特征值，從同步采集的切削振動數據中提取具有代表性的三向振動加速度均方根值作為特征值。
15、所述步驟s3中，對試驗數據進行分類整理，計算基于水基切削液和油基切削液澆注下的五種特征值的平均值和標準差，再通過平均值和標準差計算五種特征值的變異系數，對比分析兩種切削液下特征值的波動程度，具體操作如下：
16、首先，計算水基和油基切削液澆注下特征值的平均值，公式如下：
17、
18、其中，x1,…,xn代表每種特征值下的每一組特征值具體試驗數據，n代表試驗組數；
19、第二步，計算水基和油基切削液澆注下特征值的標準差，公式如下：
20、
21、其中，xw(w＝1,…,n)代表每種特征值下的每一組特征值具體試驗數據；
22、最后，計算水基和油基切削液澆注下特征值的變異系數，公式如下：
23、
24、其中，s代表標準差，代表平均值。
25、所述步驟s4中，繪制包括最大值、上四分位數、中位數、平均值、下四分位數和最小值的四分位圖及正態曲線圖；將每組試驗數據由小到大排序，第25％數據為上四分位數，第50％數據為中位數，第75％數據為下四分位數；將水基和油基切削液澆注下的切削噪聲特征值和切削振動特征值繪制在兩張四分位圖中，對比分析數據的平均水平。
26、所述步驟s5中，基于隨機森林回歸模型，劃分訓練集和測試集。隨機森林屬于集成學習，隨機森林回歸模型方法如下：
27、(1)劃分數據集
28、隨機森林回歸模型從輸入的n個試驗數據集中有放回的隨機抽取i個作為一個新的子訓練集d，將多個新的子訓練集d構成新的訓練樣本m，再隨機選取測試樣本；例如本專利技術基于水基和油基切削液下各有64組試驗，隨機選取50％的試驗數據作為訓練樣本，隨機選取50％的試驗數據作為測試樣本，采用有放回的抽樣；
29、(2)min-max歸一化處理
30、對原始試驗數據進行線性變化，使數據映射在0至1之間，
31、
32、其中，x*為歸一化后的數據，x為原始試驗數據，min為每組試驗數據中的最小值，max為每組試驗數據中的最大值；
33、將步驟(1)中劃分好的訓練集和測試集歸一化處理，使每組所有原始數據映射在0至1之間，消除量綱的影響；
34、(3)構建決策樹模型
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【技術保護點】
1.一種切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述濕切削試驗平臺由數控銑床、銑刀、試樣、切削液澆注裝置、切削噪聲和切削振動測量系統組成，所述切削噪聲信號和切削振動信號測量系統由精密型聲級計、聲音校定器、壓電式三向加速度傳感器、電荷放大器、高速數據采集儀、聲學振動測量系統和數據處理計算機組成；所述聲音校定器主要用來對精密型聲級計進行校準；所述精密型聲級計固定在距離待加工工件一定距離的三角架上，用于實時采集待加工工件在加工過程中產生的噪聲信號；所述高速數據采集儀與精密型聲級計相連，利用精密型聲級計在切削過程對切削噪聲信號進行同步實時測量；所述精密型聲級計通過USB數據傳輸線與安裝有聲學振動測量系統和數據處理計算機相連；所述壓電式三向加速度傳感器通過強力磁鐵固定于機床夾具上，將試驗過程中產生的非電量切削振動信號轉化為電信號，壓電式三向加速度傳感器通過三根專用導線與三個電荷放大器相連，將轉化的微弱電信號放大；所述電荷放大器
3.根據權利要求2所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述切削液澆注裝置為外接切削液生發裝置，所述外接切削液生發裝置包括切削液容器、出液管和噴嘴，其中裝有切削液的容器通過出液管與噴嘴相連，所述噴嘴朝向刀具和被加工工件所在的切削區布置。
4.根據權利要求3所述切削液對切削噪聲和切削振動影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟2中，使用水基和油基切削液的濕切削試驗是指在同一加工設備及加工環境條件下采用不同切削液的切削試驗，包括水基切削液和油基切削液。
5.根據權利要求1所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟S2中，從同步采集的切削噪聲數據中提取具有代表性的噪聲聲壓級均方根值和聲功率均方根值作為特征值，從同步采集的切削振動數據中提取具有代表性的三向振動加速度均方根值作為特征值。
6.根據權利要求1所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟S3中，對試驗數據進行分類整理，計算基于水基切削液和油基切削液澆注下的的五種特征值的平均值和標準差，再通過平均值和標準差計算五種特征值的變異系數，對比分析水基和油基切削液澆注下特征值的波動程度，具體操作如下：
7.根據權利要求1所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟S4中，繪制包括最大值、上四分位數、中位數、平均值、下四分位數和最小值的四分位圖及正態曲線圖；將每組試驗數據由小到大排序，第25％數據為上四分位數，第50％數據為中位數，第75％數據為下四分位數；將水基和油基切削液澆注下的切削噪聲特征值和切削振動特征值繪制在兩張四分位圖中，對比分析數據的平均水平。
8.根據權利要求1所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟S5中，基于隨機森林回歸模型，劃分訓練集和測試集；隨機森林屬于集成學習；隨機森林回歸模型具體方法如下：
9.根據權利要求1所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述水基和油基切削液按照1：10的比例將切削劑與水配置而成。
...【技術特征摘要】
1.一種切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述濕切削試驗平臺由數控銑床、銑刀、試樣、切削液澆注裝置、切削噪聲和切削振動測量系統組成，所述切削噪聲信號和切削振動信號測量系統由精密型聲級計、聲音校定器、壓電式三向加速度傳感器、電荷放大器、高速數據采集儀、聲學振動測量系統和數據處理計算機組成；所述聲音校定器主要用來對精密型聲級計進行校準；所述精密型聲級計固定在距離待加工工件一定距離的三角架上，用于實時采集待加工工件在加工過程中產生的噪聲信號；所述高速數據采集儀與精密型聲級計相連，利用精密型聲級計在切削過程對切削噪聲信號進行同步實時測量；所述精密型聲級計通過usb數據傳輸線與安裝有聲學振動測量系統和數據處理計算機相連；所述壓電式三向加速度傳感器通過強力磁鐵固定于機床夾具上，將試驗過程中產生的非電量切削振動信號轉化為電信號，壓電式三向加速度傳感器通過三根專用導線與三個電荷放大器相連，將轉化的微弱電信號放大；所述電荷放大器通過傳輸電纜與高速數據采集儀相連，匯總三向振動加速度數據并通過usb數據線與安裝有聲學振動測量系統和數據處理計算機相連。
3.根據權利要求2所述切削液對切削噪聲-切削振動及其預測模型影響程度的研究方法，其特征在于，所述切削液澆注裝置為外接切削液生發裝置，所述外接切削液生發裝置包括切削液容器、出液管和噴嘴，其中裝有切削液的容器通過出液管與噴嘴相連，所述噴嘴朝向刀具和被加工工件所在的切削區布置。
4.根據權利要求3所述切削液對切削噪聲和切削振動影響程度的研究方法，其特征在于，所述步驟2中，使用水基...
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