基于Kriging模型的纵扭复合超声振动加工系统设计  

Design of Longitudinal-torsional Combined Ultrasonic Vibration MachiningSystem Based on Kriging Model

作　　者：崔佳俊 祝锡晶 李婧 赵智全 Cui Jiajun;Zhu Xijing;Li Jing;Zhao Zhiquan

机构地区：[1]中北大学机械工程学院,山西省先进制造技术重点实验室,太原市030051

出　　处：《工具技术》2024年第5期101-107,共7页Tool Engineering

基　　金：国家自然科学基金(51975540);山西省研究生教育创新项目(2022Y608);山西省自然科学青年基金(202203021222041);山西省先进制造技术重点实验室2022年度开放基金(XJZZ202202)。

摘　　要：将纵扭复合超声振动应用在加工刀具在切削难加工材料时,可改善工件表面质量和提高加工效率。为了使斜槽式纵扭复合超声振动系统的谐振频率和纵扭转换率达到平衡,对斜槽结构参数(长度、宽度、深度、角度和位置)进行优化设计。运用SolidWorks和Ansys Workbench建立参数化仿真过程,采用最优空间填充设计(OSF)进行试验设计,利用自适应细化的方法提高模型的精度,并结合仿真值来验证Kriging模型的模拟值。通过多目标遗传算法(MOGA)的全局搜索,实现在超声电源频率内(20kHz)输出较大的扭转振幅,进而对优化设计后的纵扭复合超声振动系统进行阻抗和振幅测试,验证了Kriging响应面模型的有效性。The application of longitudinal-torsional combined ultrasonic vibration to machining tools can improve the surface quality of the workpiece and improve the machining efficiency.To balance the resonant frequency and the torsional conversion rate of the ultrasonic vibration system,the parameters(length,width,depth,angle and position)of the slant groove are optimized.The parametric simulation process is established by using SolidWorks and Ansys Workbench,and the optimal space fill design(OSF)is used for experimental design.The accuracy of the model is improved by using the adaptive refinement method,and the simulation value of the Kriging model is verified by combining the real simulation value.Through the global search for a multi-objective genetic algorithm(MOGA),a large torsional amplitude is achieved within the ultrasonic power supply frequency(20kHz).The impedance and amplitude of the optimized longitude-torsional combined ultrasonic vibration system are tested,and the validity of the kriging response surface model is verified.

关 键 词：纵扭复合超声振动 斜槽 有限元分析 响应面优化设计 多目标遗传算法 

分 类 号：TG506.5[金属学及工艺—金属切削加工及机床] TH122[机械工程—机械设计及理论]