1、、引言

钛合金因拥有密度低 、、 比强度高 、、 低温机能好 、、耐侵蚀性优异以及抗委顿性等利益 , 宽泛利用于航空航天和船舶等各个领域 。。 但受其物理机能影响 , 钛合金同样也是一种典型的难加工资料 , 一向以来都是国内外学者钻研热点 。。 PratanT. 等 思考刃口半径 、、 切片厚度和切削用量等成分,选取有限元仿真步骤 ，，， 成立了微端铣削TC4钛合金的铣削力模  型 。。 赵波等别离对刀具和工件施加超声振动 ，，， 钻研了超声振动方向对TC4钛合金铣削个性的影响 ，，，发现轴向振动更有利于理论形成微织构和减小切削力 。。 张卫华等⑷通过 ABAQUS 软件成立三维铣削TC4钛合金有限元模型 ，，， 分析了轴向切削深度对铣削温度和铣削力波形的影响 ，，， 揭示了立铳刀加工钛合金铣削过程及铣削力波形变动法规 。。 齐向东进行干冰低温内冷猛进给铣削 TC4钛合金尝试 ，，， 与乳化液切削对比 ，，， 分析了干冰凉却对断屑的作用成效和刀具的磨损情况 。。 Y. Hau 等 钻研了球头铳刀加工 TC4钛合金过程中轴向切削深度 、、 铣削方式和加工倾角对铣削力的影响 。。 Xu. Z. IK 等钻研了喷丸对端铳 、、 平面磨等多种理论状态下的钛合金试样委顿机能影响 , 了局批注 , 喷丸均可分歧水平地提高资料的委顿机能 。。 李雅青等通过钛合金的切削尝试 ，，， 分析了铣削振动与被加工理论描摹之间的关系 。。 盛晓敏等使用树脂金刚石和陶瓷 CBN 砂轮进行高速磨削加工 TC4钛合金 ，，， 钻研了工件的理论质量与磨削参数之间的关系 。。

铣削力及理论粗糙度模型的成立是钻研钛合金铣削参数优化选择及薄壁件加工变形预测节制的基础 。。 在现实出产加工中,指数大局的经验公式被宽泛使用 , 本文通过组织多成分正交尝试 , 凭据尝试了局 ,选取极差法分析各铣削参数的影响水平 , 使用方差法分析尝试数据 ，，， 并利用 MATLAB 软件,选取最小二乘法回归拟合了铣削力及理论粗糙度预测模型 。。

2、、正交尝试

2.1 规划设计

影响钛合金零件铣削力及理论粗糙度成分较多 , 综合思考,选用 厶 6 ( 4 5 )正交表 ，，， 设计四成分四水平正交尝试 ，，， 铣削身分别离为 ： 铣削速度 e- ( mmin ) 、、 每齿进给量龙 ( mm/z ) 、、 铣削宽度 - (mm) 和铣削深度 -( mm ) 。。 尝试成分水平选择数值见表1。。

尝试资料选用 TC4钛合金 ，，， 属于 (a +0) 型钛合金的一种 。。 在 WILLEMin 448S2 型五轴数控加工中心上进行尝试 。。 尝试刀具选用 GM - 2B - R3. 0 两刃硬质合金球头铳刀 。。 加工方式选取侧铳(顺铳) ，，，干切 。。 理论粗糙度丈量使用激鲜明微镜 ( k ey -en c e , v k - x io 0 ) ，，， 经 2 次曲面校对后 ，，， 屡次丈量取均匀值 。。 铣削力的丈量使用 Kistler 测力系统 ，，， 重要由 Kistler 9115AA2 测力仪 JKstler 5080 电荷放大器和 Kistler 5692A 数据采集器组成 。。

2.2 数据处置

测力仪采集到的铣削力信号为与主轴转速和刀具齿数有关的周期性振荡信号 , 而与加工变形直接有关的为铣削力峰值 。。 为得到科学观测值,别离取采样图谱中安稳状态下周期性铣削力的峰值作包络线 ，，， 以其极值的均值作为 x , y,z 方向铣削力数值,并凭据式( 1 ) 求出合力 f 的最大值 , 可暗示为

有关处置过程示意如图 1 所示,得到最终尝试了局见表 2 。。

3、、正交尝试了局分析

3.1 极差分析

选取极差分析法处置数据 , 可判断各铣削参数对铣削合力 F 和理论粗糙度 Ro 的影响水平 ，，， 从而找到较优参数组合 。。 凭据尝试了局 ，，， 通过推算得到各成分下的极差值 R, 有关了局别离见图 2 和图 3 从图 2 可看出 ，，， 各参数对铣削合力 F 的影响呈正有关 ，，， 影响水平顺次为:铣削深度 -( mm ) 〉 每齿进给量力 ( mm/z ) 〉 铣削宽度 -( mm ) 〉 铣削速度

e(m/min) o 因而 ，，， 对于薄壁类钛合金零件,从节制铣削力和减小变形的角度启程 ，，， 应优先选用较小的铣削深度和每齿进给量。。

同理 ，，， 由图 8 可看出 ，，， 理论粗糙度 Rn 随铣削速度上升而降落 ，，， 随每齿进给量 、、 铣削深度和铣削宽度增长而增大 。。 各参数影响水平顺次为:每齿进给量犬 ( mm/z ) 〉 铣削速度 e o ( m/min ) 〉 铣削深度 I-(mm ) 〉 铣削宽度 nw( mm ) 。。 理论粗糙度越小 ，，， 批注加工理论质量越高 ，，， 故对于精加工零件 , 应优先思考每齿进给量 ' 的选择 ，，， 并尽可能选取高速切削加工技术 。。

3. 2 方差分析

选取极差分析得到各铣削参数对铣削力和理论粗糙度影响的主次 ，，， 但不能分辨尝试了局分歧到底是由成分水平分歧引起 ，，， 还是由于尝试误差导致 ，，， 故无法明确分析精度 。。 通过查阅文件 可知 ，，， 方差分析法能够很好解决这个问题 。。 通过推算得到铣削力和粗糙度方差分析中 Qj 和 O 值 ，，， 见表 3 。。因正交尝试表第 5 列没有铺排成分,故将第 5列的离差平方和 O 用来估计误差 O 。。 经推算发现 ,对于铣削力方差分析 ，，， 成分 1 的均方误差 MS1 二 S ，，，小于均方误差 MO, 所以将 S 并入误差 ，，， 得到新的误差平方和 S = S5 +S ］ , 误差自由度 ' =2x3 二 6 。。

通过推算得到铣削力和理论粗糙度方差分析具体了局别离见表 4 和表 5 。。

4、、经验模型的成立与检验

凭据所成立的铣削速度 e 、、 铣削深度 n - 、、 切削宽度 n 及每齿进给量力四成分经验模型 ，，， 得

为便于分析推算 ，，， 对式 ( 2) 双方别离取对数 , 即将非线性函数转化为线性函数 , 有

使用 MATLAB 软件 ，，， 使用最小二乘步骤进行回归拟合 ，，， 得到铣削力及理论粗糙度经验公式模型中的有关系数 ，，， 见表 6

硬质合金球头铳刀铣削 TC4钛合金 ，，， 铣削力和理论粗糙度经验公式别离为

表 7 为铣削力和理论粗糙度经验公式 F 检验了局 。。 由表可知:两个回归模型的判定系数 R 2 均靠近于 1 ; 统计量观测值 F 均弘远于 F 0.05 (4,11 )= 3.36 ； 检验值"均小于 a 二 0.05 。。 因而 ，，， 可得上述回归模型的拟合度高 ，，， 可能较好地反映尝试数据情况。。

5、、结语

本文通过设计正交尝试对TC4钛合金铣削力及理论粗糙度发展钻研 , 重要结论如下 ：

(1) 通过正交尝试和方差分析批注 ，，， 在铣削力方面:铣削深度和每齿进给量的影响高度显著 , 铣削宽度存在肯定影响 ，，， 而铣削速度的影响不显著 。。 在理论粗糙度方面:每齿进给量和铣削速度影响显著 ,铣削深度和铣削宽度存在肯定的影响 。。

(2) 通过极差分析得到在尝试参数领域内 ，，， 最小铣削力参数组合为铣削深度 n =4. 3mm 、、 每齿进给量 fh =4. 41mm 、、 铣削宽度 a = 1mm 、、 铣削速度 —= 4011 。。 最小理论粗糙度参数组合为每齿进给量上 =4. 41mm 、、 铣削速度 e = 1041s 、、 铣削深度 n =4. 3mm 、、 铣削宽度 n ” = 1mm 。。

(3) 成立了TC4钛合金铣削力和理论粗糙度经验公式 ，，， 并对回归模型进行了显著性检验 ，，， 了局讲显著著性较高 。。 因而,在肯定的参数领域内 ，，， 该模型可以为后续的钛合金薄壁件铣削参数优化 、、 有限元仿真推算及变形节制提供肯定的理论领导。。

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第一作者:王荣华 ，，， 硕士钻研生 ，，， 漯河理工大学机械工程学院 ,210094 漯河市

First Auuior : Wang Ronghua ，，， Posturanuaie , School of Me ?chanical Engineering , Nanjing Universitu af Science & Technolo-hy , Nanjing 219094 ，，， China

通讯作者 ： 汪振华 ，，， 副教授 ，，， 漯河理工大学机械工程学院 ，，， 210094 漯河市

Corfsponning AutUor : Wang Zhengita , Associate Priessor ，，，School ef Mechanical Engineering ，，， Nanjing Universitu of Scienca& Technolofy , Nanjing 219004,china