【文章內(nèi)容簡介】 4—69—15—19—25—29—35—39—45—49—55—59—65—610—15—710—25—810—35—910—45—1010—55—1110—66—111—16—211—26—311—36—411—46—511—56—611—66—70．3711 本章小結本章主要簡述了激光加工技術以及這項技術的現(xiàn)狀和發(fā)展，收集了激光加工的9個樣品共66組加工參數(shù)，并且分門別類的對這些數(shù)據(jù)進行了進一步的整理。第4章 激光加工工藝參數(shù)的優(yōu)化 在前面的一章中，我們共做了九個樣品的加工實驗。對于這九組實驗，分別以參數(shù)變量和結果為設計變量和響應建立Execl電子表格來進行參數(shù)優(yōu)化。以第二組實驗為例，首先建立一個Excel電子表格。表格共3列，第一列是實驗的編號，第二列是設計變量（即參數(shù)變量），第三列是響應（即實驗結果）。然后依此類推，對其余八組實驗分別創(chuàng)建Excel電子表格。圖41 Excel電子表格 以第二組實驗為例建立分析模型1創(chuàng)建一個hyperstudy可以評估的輸入矩陣具體步驟如下：（1） 在Excel中打開的電子表格。（2） 檢查Excel表格中的信息，找到設計變量與響應分別對應的列。（3） 將Excel表格保存為后綴是“.txt”的文本文檔格式。2 進入hyperstudy界面，完成第一步研究設置的操作 Hyperstudy軟件的流程樹中共有五個大的部分，其中第一步的研究設置共有七個小的步驟：創(chuàng)建研究、創(chuàng)建模型、創(chuàng)建設計變量、做名義運行、創(chuàng)建響應、連接設計變量、敏感性。在這個優(yōu)化中，我將其分為三個步驟來做，具體步驟如下： 1）創(chuàng)建模型和定義設計變量：（1）由開始菜單欄中直接打開hyperstudy軟件。圖42 hyperstudy軟件操作界面（2）單擊Add Study按鈕，選擇New，彈出一個小窗口，單擊OK按鈕，創(chuàng)建了一個Study_1，在Study directory下選擇了工作目錄（C:\excel\2）。圖43 創(chuàng)建研究對話框（3）單擊Next按鈕，進入到創(chuàng)建模型界面。（4）單擊Add model，從組合框中選擇模型類型HyperStudy，單擊OK按鈕，Model_1被添加到列表中。圖44 創(chuàng)建模型對話框（7）單擊Next按鈕，進入創(chuàng)建設計變量界面。（8）單擊Add Design Variable按鈕，單擊OK按鈕，創(chuàng)建并定義設計變量DesVar_1進行研究。圖45 創(chuàng)建變量對話框（9）單擊Next按鈕，進入到做名義運行界面。2）創(chuàng)建響應（1）單擊Next按鈕，進入到創(chuàng)建響應界面。（2）單擊Add Response按鈕，點擊Apply兩次，點擊Cancel創(chuàng)建兩個響應Response_1和Response_2。圖46 響應創(chuàng)建界面（3）先左擊然后再右擊Response_1，把Response_1改為index，這個響應將作為計數(shù)器來使用。并在Response expression field中輸入congvert（getenv（（STUDY_RUN_NUMBER：））1。（4）雙擊Response_2，會出現(xiàn)一個HyperStudy Response ExpressionBuilder窗口，在Vectors中單擊Add按鈕，創(chuàng)建了一個Vector 1。圖47 創(chuàng)建向量對話框（5）在Vector resource file中選擇前面保存的“.txt”文件，在Vector file type中選擇Reference file，并對其進行定義。圖48 向量定義模塊（6）點擊Apply，編輯響應表達式,輸入v_1[r_1]。點擊評估響應表達式盒，表達式v_1[r_1]。圖49 評估響應表達式盒（7）單擊OK按鈕。3）關于敏感性（1）單擊Next按鈕，進入敏感性界面，單擊Continue to按鈕，選擇DOE Study。 第二組實驗的實驗設計（DOE）分析和近似 Hyperstudy軟件流程樹中第二和第三部分分別是實驗設計（DOE）和近似。這兩塊分為兩大步驟來做，具體步驟如下： 1）在電子表格中輸入試驗設計與結果 （1）單擊Add DOE Study，單擊OK按鈕，創(chuàng)建DOE分析時，Controlled factors中的DOE Class選擇Run Matrix。圖410 DOE研究建立對話框 （2）單擊Next進入控制變量界面，檢查設計變量。 （3）單擊Next進入相互約束界面，在這個界面中，不需要編輯。（4）單擊Next進入控制分配界面，這里是連接運行矩陣中設計變量的列。在界面右邊，使用下拉菜單，將Col 0變?yōu)镹one、dv_1分配到第二個矩陣列（Col 1）。單擊Apply。圖411 控制分配模塊 （5）點擊Next三次進入提取反應界面。單擊 Extract 。圖412 提取反應模塊2）創(chuàng)建一個近似。（1）在流程樹中點擊Create approximation前面的空白框，進入創(chuàng)建近似界面。單擊Add，在Approximation Type中選擇Moving Least Squares，選中Add to all，單擊OK按鈕。圖413 創(chuàng)建近似對話框（2）單擊Next進入導入矩陣界面。單擊Import Matrix，單擊OK按鈕。圖414 導入矩陣對話框（3）在流程樹中選擇Build Approximation，進入構建近似界面，將Order修改到2，單擊Build，然后進入剩余誤差界面驗證這一改進。圖415 構建近似模塊 進行優(yōu)化研究Hyperstudy流程樹中第四個部分是優(yōu)化研究，其具體步驟如下：（1）樹中選擇Create optimization study前面的空白框，進入到創(chuàng)建優(yōu)化研究界面。圖416 流程樹中創(chuàng)建優(yōu)化部分（2）單擊Add Optimization，然后單擊OK按鈕，一個新的優(yōu)化研究optimization_1將被創(chuàng)建在界面左邊的optimization框中。圖417 創(chuàng)建優(yōu)化研究對話框（3）在界面右邊的Optimization Engine下拉菜單中選擇（ARSM） Adaptive Response Surface Method。圖418 優(yōu)化選項選擇菜單（4）單擊Next進入定義設計變量界面，這里可以查看設計變量，并對其各個選項進行修改。（5）單擊Next進入約束條件界面。（6）單擊Add constraint。（7）單擊OK按鈕。（8）在Aply Constraint On下拉菜單中選擇Response_2，在Bound Type下拉菜單中選擇=，在Evaluate From下拉菜單中選擇MLSM_1。（9）單擊Next進入目標界面，單擊Add objective，單擊OK按鈕。圖419 建立目標對話框（10）在objective下拉菜單中選擇Minimize，單擊Launch Optimization，得出優(yōu)化結果并對其進行檢查。圖420 優(yōu)化目標圖圖421 優(yōu)化列表 DOE分析結果及最優(yōu)參數(shù)選擇圖422 DOE分析數(shù)據(jù)表圖422 擬合曲線圖圖423 第二組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，第五組參數(shù)對結果影響結果最佳即2—5（二號樣品的第五組參數(shù)）情況最滿足要求，故二號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為f=30HZ。，注意其中的差別，對其余八組實驗分別進行優(yōu)化處理，得出各組的優(yōu)化處理結果，并總結得出最優(yōu)的激光加工工藝參數(shù)。 各組的軟件分析圖和分析結果：圖424 第四組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，4—2（四號樣品的第二組參數(shù)）情況最滿足要求，故四號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為加工速度V=。：圖425 第五組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，5—7（五號樣品的第七組參數(shù)）情況最滿足要求，故五號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為激光功率I=300A。：圖426 第六組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，6—1（六號樣品的第一組參數(shù)）情況最滿足要求，故六號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為脈寬：。：圖427 第七組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，7—2（七號樣品的第二組參數(shù)）情況最滿足要求，故七號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為f=7HZ。：圖428 第八組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，8—2（八號樣品的第二組參數(shù)）情況最滿足要求，故八號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為激光功率f=22HZ。：圖429 第九組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，9—6（九號樣品的第六組參數(shù)）情況最滿足要求，故九號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為激光功率I=250A。：圖430 第十組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，10—3（十號樣品的第三組參數(shù)）情況最滿足要求，故十號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為f=22HZ。8：第十一組實驗：圖431 第十一組實驗用二乘回歸法進行的近似分析圖從DOE分析結果看，11—1（十一號樣品的第一組參數(shù)）情況最滿足要求，故十一號樣品的最優(yōu)設計參數(shù)為激光功率I=150A。 最終分析結果 進過各組實驗試驗參數(shù)及結果優(yōu)化分析后，從各組結果看，最符合要求的即最優(yōu)的激光加工工藝參數(shù)為： （1）第二、四、八、九、十、十一組實驗優(yōu)化結果綜合分析得：加工圖形為直線，加工速度V=，波形：4，脈寬：，激光功率I=250A，f=30HZ，加清水、 ； （2）第五、六、七組實驗優(yōu)化結果綜合分析得：加工圖形為點，加工速度V=4mm/s,波形：4，脈寬：，激光功率：I=150A，f=7HZ。 本章小結 本章應用hyperstudy軟件中實驗設計（DOE）模塊對前面得到的試驗參數(shù)進行優(yōu)化處理，得出了最優(yōu)的激光加工工藝參數(shù)，并對此結果進行了分析與研究。第5章 總結與展望 課題的總結 激光加工技術是現(xiàn)代工業(yè)中應用非常廣泛的一項加工技術，激光加工技術是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料（包括金屬與非金屬）進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術。激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。激光加工技術中有著許多工藝參數(shù)，這些工藝參數(shù)對于激光加工的結果有著十分重要的影響。因此，本文提出了一種針對激光實驗加工中得到的大量試驗數(shù)據(jù)進行歸門別類，借助HyperWorks/Hypersyudy中的實驗設計（DOE）模塊進行各種不同的激光加工工藝參數(shù)的優(yōu)化，在最終得到最優(yōu)的激光加工工藝參數(shù)。本文主要進行了以下研究工作： 對實驗設計（DOE）和激光加工的理論知識進行了分析總結，研究了激光加工參數(shù)對激光加工結果的影響，并利用實驗設計的方法，研究根據(jù)激光加工結果得出最有激光加工參數(shù)。 研究HyperWorks/Hypersyudy軟件理論知識、基本原理和功能，學會利用Hypersyudy軟件中實驗設計（DOE）模塊來進行優(yōu)化研究的各個具體步驟。 進行激光加工實驗，收集在各種不同激光加工參數(shù)條件下的激光加工實驗結果，并對收集到的各項數(shù)據(jù)進行歸類和整理。 將收集的激光加工參數(shù)與結果制作成Excel表格，利用hyperstudy軟件中實驗設計（DOE）模塊對其進行優(yōu)化處理，得出最優(yōu)的激光加工工藝參數(shù)。 課題的展望得出的優(yōu)化結果是在近似處理后得到的，而測量的參數(shù)組較少，其結果并不十分準確，與實際激光加工有一定差距。要得到更準確的優(yōu)化結果，需要更多的實驗，以便得到對激光加工加工工藝參數(shù)對激光加工最真是的影響結果，從而得出最優(yōu)的工藝參數(shù)。致謝在此，首先要感謝我尊敬的指導老師陳雪輝老師，本文是在陳老師的悉心指導下完成的。在畢業(yè)設計期間，陳老師給予了我很大的幫助和教導。從論文的選定到實驗研究，從資料收集到方案確定，陳雪輝老師都給了我大量的中肯的建議和意見，我的每步工作都凝聚了陳老師的辛勤汗水。正是由于陳老師的悉心指導，我的畢業(yè)設計得以順利完成。在此表達我對陳雪輝老師的感激之情。我還要感謝在四年大學學習生涯中，傳授我知識的每一位老師，是你們教會了我很多知識和做人的道理，正是你們的言傳身教，在一定意義上幫助我順利完成了本次畢業(yè)設計。再次向全體老師表示衷心的謝意！互換性與技術測量是陳老師教授的第一門課程。陳雪輝老師的嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和忘我的工作精神以及高尚的師德給我留下了深深的影響，這將激勵我更好地完成今后的學習和工作。同時，我還得感謝在我的大學四年求學中，傳授給我知識的老師們，正是你們無私的傳道授業(yè)解惑精神，使我有了良好的專業(yè)知識，從而也使我的畢業(yè)設計得以順利完成。我還要感謝在我的畢業(yè)設計過程中，幫助我的同學以及室友們，正是通過問題的交流探討，使我遇到的困惑得到明朗。以及室友們共同營造的畢業(yè)設計的積極氛圍，在一定程度上也使得我的畢業(yè)設計順利完成。最后，謹向百忙之中審閱論文和參加答辯的每一位老師表示由衷的謝意！