【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(jié)本章主要簡(jiǎn)述了激光加工技術(shù)以及這項(xiàng)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展，收集了激光加工的9個(gè)樣品共66組加工參數(shù)，并且分門別類的對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)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(gè)樣品的加工實(shí)驗(yàn)。對(duì)于這九組實(shí)驗(yàn)，分別以參數(shù)變量和結(jié)果為設(shè)計(jì)變量和響應(yīng)建立Execl電子表格來(lái)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。以第二組實(shí)驗(yàn)為例，首先建立一個(gè)Excel電子表格。表格共3列，第一列是實(shí)驗(yàn)的編號(hào)，第二列是設(shè)計(jì)變量（即參數(shù)變量），第三列是響應(yīng)（即實(shí)驗(yàn)結(jié)果）。然后依此類推，對(duì)其余八組實(shí)驗(yàn)分別創(chuàng)建Excel電子表格。圖41 Excel電子表格 以第二組實(shí)驗(yàn)為例建立分析模型1創(chuàng)建一個(gè)hyperstudy可以評(píng)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(shè)計(jì)變量與響應(yīng)分別對(duì)應(yīng)的列。（3） 將Excel表格保存為后綴是“.txt”的文本文檔格式。2 進(jìn)入hyperstudy界面，完成第一步研究設(shè)置的操作 Hyperstudy軟件的流程樹中共有五個(gè)大的部分，其中第一步的研究設(shè)置共有七個(gè)小的步驟：創(chuàng)建研究、創(chuàng)建模型、創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量、做名義運(yùn)行、創(chuàng)建響應(yīng)、連接設(shè)計(jì)變量、敏感性。在這個(gè)優(yōu)化中，我將其分為三個(gè)步驟來(lái)做，具體步驟如下： 1）創(chuàng)建模型和定義設(shè)計(jì)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(gè)小窗口，單擊OK按鈕，創(chuàng)建了一個(gè)Study_1，在Study directory下選擇了工作目錄（C:\excel\2）。圖43 創(chuàng)建研究對(duì)話框（3）單擊Next按鈕，進(jìn)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(duì)話框（7）單擊Next按鈕，進(jìn)入創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量界面。（8）單擊Add Design Variable按鈕，單擊OK按鈕，創(chuàng)建并定義設(shè)計(jì)變量DesVar_1進(jìn)行研究。圖45 創(chuàng)建變量對(duì)話框（9）單擊Next按鈕，進(jìn)入到做名義運(yùn)行界面。2）創(chuàng)建響應(yīng)（1）單擊Next按鈕，進(jìn)入到創(chuàng)建響應(yīng)界面。（2）單擊Add Response按鈕，點(diǎn)擊Apply兩次，點(diǎn)擊Cancel創(chuàng)建兩個(gè)響應(yīng)Response_1和Response_2。圖46 響應(yīng)創(chuàng)建界面（3）先左擊然后再右擊Response_1，把Response_1改為index，這個(gè)響應(yīng)將作為計(jì)數(shù)器來(lái)使用。并在Response expression field中輸入congvert（getenv（（STUDY_RUN_NUMBER：））1。（4）雙擊Response_2，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)HyperStudy Response ExpressionBuilder窗口，在Vectors中單擊Add按鈕，創(chuàng)建了一個(gè)Vector 1。圖47 創(chuàng)建向量對(duì)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(duì)其進(jìn)行定義。圖48 向量定義模塊（6）點(diǎn)擊Apply，編輯響應(yīng)表達(dá)式,輸入v_1[r_1]。點(diǎn)擊評(píng)估響應(yīng)表達(dá)式盒，表達(dá)式v_1[r_1]。圖49 評(píng)估響應(yīng)表達(dá)式盒（7）單擊OK按鈕。3）關(guān)于敏感性（1）單擊Next按鈕，進(jìn)入敏感性界面，單擊Continue to按鈕，選擇DOE Study。 第二組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）分析和近似 Hyperstudy軟件流程樹中第二和第三部分分別是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）和近似。這兩塊分為兩大步驟來(lái)做，具體步驟如下： 1）在電子表格中輸入試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果 （1）單擊Add DOE Study，單擊OK按鈕，創(chuàng)建DOE分析時(shí)，Controlled factors中的DOE Class選擇Run Matrix。圖410 DOE研究建立對(duì)話框 （2）單擊Next進(jìn)入控制變量界面，檢查設(shè)計(jì)變量。 （3）單擊Next進(jìn)入相互約束界面，在這個(gè)界面中，不需要編輯。（4）單擊Next進(jìn)入控制分配界面，這里是連接運(yùn)行矩陣中設(shè)計(jì)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(gè)矩陣列（Col 1）。單擊Apply。圖411 控制分配模塊 （5）點(diǎn)擊Next三次進(jìn)入提取反應(yīng)界面。單擊 Extract 。圖412 提取反應(yīng)模塊2）創(chuàng)建一個(gè)近似。（1）在流程樹中點(diǎn)擊Create approximation前面的空白框，進(jìn)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(duì)話框（2）單擊Next進(jìn)入導(dǎo)入矩陣界面。單擊Import Matrix，單擊OK按鈕。圖414 導(dǎo)入矩陣對(duì)話框（3）在流程樹中選擇Build Approximation，進(jìn)入構(gòu)建近似界面，將Order修改到2，單擊Build，然后進(jìn)入剩余誤差界面驗(yàn)證這一改進(jìn)。圖415 構(gòu)建近似模塊 進(jìn)行優(yōu)化研究Hyperstudy流程樹中第四個(gè)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(jìn)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(gè)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(duì)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(xiàng)選擇菜單（4）單擊Next進(jìn)入定義設(shè)計(jì)變量界面，這里可以查看設(shè)計(jì)變量，并對(duì)其各個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行修改。（5）單擊Next進(jìn)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(jìn)入目標(biāo)界面，單擊Add objective，單擊OK按鈕。圖419 建立目標(biāo)對(duì)話框（10）在objective下拉菜單中選擇Minimize，單擊Launch Optimization，得出優(yōu)化結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行檢查。圖420 優(yōu)化目標(biāo)圖圖421 優(yōu)化列表 DOE分析結(jié)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(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，第五組參數(shù)對(duì)結(jié)果影響結(jié)果最佳即2—5（二號(hào)樣品的第五組參數(shù)）情況最滿足要求，故二號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為f=30HZ。，注意其中的差別，對(duì)其余八組實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行優(yōu)化處理，得出各組的優(yōu)化處理結(jié)果，并總結(jié)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(jié)果：圖424 第四組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，4—2（四號(hào)樣品的第二組參數(shù)）情況最滿足要求，故四號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為加工速度V=。：圖425 第五組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，5—7（五號(hào)樣品的第七組參數(shù)）情況最滿足要求，故五號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為激光功率I=300A。：圖426 第六組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，6—1（六號(hào)樣品的第一組參數(shù)）情況最滿足要求，故六號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為脈寬：。：圖427 第七組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，7—2（七號(hào)樣品的第二組參數(shù)）情況最滿足要求，故七號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為f=7HZ。：圖428 第八組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，8—2（八號(hào)樣品的第二組參數(shù)）情況最滿足要求，故八號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為激光功率f=22HZ。：圖429 第九組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，9—6（九號(hào)樣品的第六組參數(shù)）情況最滿足要求，故九號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為激光功率I=250A。：圖430 第十組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，10—3（十號(hào)樣品的第三組參數(shù)）情況最滿足要求，故十號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為f=22HZ。8：第十一組實(shí)驗(yàn)：圖431 第十一組實(shí)驗(yàn)用二乘回歸法進(jìn)行的近似分析圖從DOE分析結(jié)果看，11—1（十一號(hào)樣品的第一組參數(shù)）情況最滿足要求，故十一號(hào)樣品的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)為激光功率I=150A。 最終分析結(jié)果 進(jìn)過(guò)各組實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果優(yōu)化分析后，從各組結(jié)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(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)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(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果綜合分析得：加工圖形為點(diǎn)，加工速度V=4mm/s,波形：4，脈寬：，激光功率：I=150A，f=7HZ。 本章小結(jié) 本章應(yīng)用hyperstudy軟件中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）模塊對(duì)前面得到的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，得出了最優(yōu)的激光加工工藝參數(shù)，并對(duì)此結(jié)果進(jìn)行了分析與研究。第5章 總結(jié)與展望 課題的總結(jié) 激光加工技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的一項(xiàng)加工技術(shù)，激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。激光加工作為先進(jìn)制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機(jī)械制造等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要部門，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化、無(wú)污染、減少材料消耗等起到愈來(lái)愈重要的作用。激光加工技術(shù)中有著許多工藝參數(shù)，這些工藝參數(shù)對(duì)于激光加工的結(jié)果有著十分重要的影響。因此，本文提出了一種針對(duì)激光實(shí)驗(yàn)加工中得到的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸門別類，借助HyperWorks/Hypersyudy中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）模塊進(jìn)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(jìn)行了以下研究工作： 對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）和激光加工的理論知識(shí)進(jìn)行了分析總結(jié)，研究了激光加工參數(shù)對(duì)激光加工結(jié)果的影響，并利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，研究根據(jù)激光加工結(jié)果得出最有激光加工參數(shù)。 研究HyperWorks/Hypersyudy軟件理論知識(shí)、基本原理和功能，學(xué)會(huì)利用Hypersyudy軟件中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）模塊來(lái)進(jìn)行優(yōu)化研究的各個(gè)具體步驟。 進(jìn)行激光加工實(shí)驗(yàn)，收集在各種不同激光加工參數(shù)條件下的激光加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類和整理。 將收集的激光加工參數(shù)與結(jié)果制作成Excel表格，利用hyperstudy軟件中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）模塊對(duì)其進(jìn)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(jié)果是在近似處理后得到的，而測(cè)量的參數(shù)組較少，其結(jié)果并不十分準(zhǔn)確，與實(shí)際激光加工有一定差距。要得到更準(zhǔn)確的優(yōu)化結(jié)果，需要更多的實(shí)驗(yàn)，以便得到對(duì)激光加工加工工藝參數(shù)對(duì)激光加工最真是的影響結(jié)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(dǎo)老師陳雪輝老師，本文是在陳老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，陳老師給予了我很大的幫助和教導(dǎo)。從論文的選定到實(shí)驗(yàn)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(dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成。在此表達(dá)我對(duì)陳雪輝老師的感激之情。我還要感謝在四年大學(xué)學(xué)習(xí)生涯中，傳授我知識(shí)的每一位老師，是你們教會(huì)了我很多知識(shí)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(shè)計(jì)。再次向全體老師表示衷心的謝意！互換性與技術(shù)測(cè)量是陳老師教授的第一門課程。陳雪輝老師的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)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(lì)我更好地完成今后的學(xué)習(xí)和工作。同時(shí)，我還得感謝在我的大學(xué)四年求學(xué)中，傳授給我知識(shí)的老師們，正是你們無(wú)私的傳道授業(yè)解惑精神，使我有了良好的專業(yè)知識(shí)，從而也使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成。我還要感謝在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，幫助我的同學(xué)以及室友們，正是通過(guò)問(wèn)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(yíng)造的畢業(yè)設(shè)計(jì)的積極氛圍，在一定程度上也使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。最后，謹(jǐn)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！