(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111275972.8 (22)申请日 2021.10.2 9 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 刘赫男　秦彪　陈明君　吴春亚　 程健　孙雅洲　 (74)专利代理 机构 黑龙江立超同创知识产权代 理有限责任公司 23217 代理人 杨立超 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法 的球头砂轮磨削工艺 参数优化方法 (57)摘要 一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法 的球头砂轮磨削工艺参数优化方法， 涉及磨削工 艺参数优化技术领域， 用以解决现有技术由于不 能有效获取最优磨削工艺参数导致影响工件表 面加工质量的问题。 本发明的技术要点包括： 采 用响应曲面法对工件进行磨削加工工艺实验， 基 于实验数据建立工件表面粗糙度和材料去除率 关于磨削参数的数学模型； 以获得的数学模型作 为目标函数， 采用粒子种群优化算法求出全局最 优解即获得磨削参数最优解。 本发 明减少了实验 工作量， 提高了优化结果的准确度与可信度， 采 用本发明方法获得的最优磨削参数对工件进行 磨削加工， 工件加工后的面型精度与表面质量显 著提高。 本发 明可应用于各类磨削加工过程中工 艺参数的优化。 权利要求书2页 说明书11页 附图4页 CN 113919101 A 2022.01.11 CN 113919101 A 1.一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法的球头砂轮磨削工艺参数优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 采用响应曲面法对工件进行磨削加工工艺实验， 基于实验数据建立工件表面 粗糙度和材 料去除率关于磨削参数的数 学模型； 步骤二、 以获得的表面粗糙度和材料去 除率关于磨削参数的数学模型作为目标函数， 采用粒子种群优化 算法求出全局最优解， 即获得磨削参数最优解。 2.根据权利要求1所述的一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法的球头砂轮磨削工 艺参数优化方法， 其特 征在于， 所述磨削参数包括磨削速度、 磨削深度和工件进给速度。 3.根据权利要求2所述的一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法的球头砂轮磨削工 艺参数优化方法， 其特 征在于， 步骤一的具体步骤 包括： 步骤一一、 以多组磨削参数作为中心复合设计因子， 以每组磨削参数对应的表面粗糙 度和材料去除率作为响应指标设计中心复合 实验； 所述中心复合 实验采用通用旋转组合设 计方法安 排实验点， 按照实验点对工件进行多组磨削加工实验； 步骤一二、 利用轮廓仪测量加工后工件的表面粗糙度， 获得多组磨削参数对应的表面 粗糙度； 步骤一三、 借助微元法， 计算获得多组磨削参数对应的材 料去除率； 步骤一四、 将磨削参数作为参数变量、 表面粗糙度和材料去除率作为响应变量， 利用响 应曲面法计算获得多组磨削参数对应的表面粗糙度和材料去除率的期 望值， 即为工件表面 粗糙度和材 料去除率关于磨削参数的数 学模型。 4.根据权利要求3所述的一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法的球头砂轮磨削工 艺参数优化方法， 其特征在于， 步骤一三的具体步骤包括： 以工件中心轴线建立水平切 面， 借助微元法， 将切面分成多个矩形区域， 分别计算每个矩形区域的面积； 根据回转体体积 计 算公式， 分别计算每个矩形区域绕中心轴线回转所得材料体积并将其累加， 比较加工前后 材料体积变化 值， 得到材 料去除率， 依据上述 步骤获得多组磨削参数对应的材 料去除率。 5.根据权利要求4所述的一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法的球头砂轮磨削工 艺参数优化方法， 其特 征在于， 步骤二的具体步骤 包括： 步骤二一、 采用加权求和将多目标转换为单目标， 单目标函数公式如下： minF(v,f,ap)＝min(w1Ra+w2MRR) 式中， w1表示表面粗糙度数学模型的权系数； w2表示材料去除率数学模型的权系数； Ra 表示表面粗糙度数学模型； MRR表示材料去除率数学模型； v,f,ap分别表示磨削速度、 磨削 深度和工件进给速度； 步骤二二、 采用粒子种群优化算法在给定磨削参数范围内进行全局搜索， 获得使得单 目标函数最小的磨削参数最优解。 6.根据权利要求5所述的一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法的球头砂轮磨削工 艺参数优化方法， 其特征在于， 步骤二一中对表面粗糙度和材料去除率数学模型 的量纲按 照下述公式进行统一 化处理： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113919101 A 2式中， Ra(max)表示表面粗糙度数学模型的最大值； Ra(min)表示表面粗糙度数学模型的最 小值； MRR(max)表示材料去除率数学模型的最大值； MRR(min)表示材料去除率数学模型的最小 值； 然后将上述经过统一化处理的表面粗糙度和材料去除率数学模型代入单目标函数公 式中， 获得量纲变换后的单目标函数公式为： 7.根据权利要求6所述的一种基于响应曲面法和粒子种群优化算法的球头砂轮磨削工 艺参数优化方法， 其特 征在于， 步骤二 二的具体步骤 包括： 首先产生一组优化模型的随机解， 之后以迭代的方式不断搜索种群的最优解， 每次迭 代时， 粒子会跟踪本身搜寻到的最优解pBest以及整个种群搜寻到的最优解qBest， 通过比 较此时粒子的适应值与其历史最优解 来更新自己的位置和速度； 历史最优解的更新公式为： 式中， i表示粒子； j表示当前迭代次数； f(.)表示 量纲变换后的单目标函数； 种群中粒子的位置xi,j+1t和速度vi,j+1t的更新公式为： 式中， pBesti,jt表示第i个粒子自己找到的最优解； qBesti,jt表示当前整个种群找到的 最优解； r1j、 r2j表示在[0,1]区间上的随机数； c1表示更新粒子自身最优解的加速系数； c2表 示更新种群最优解的加速系数； t 表示t维搜索空间； ω表示惯性权 重系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113919101 A 3