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譯文 多目標(biāo)優(yōu)化激光切割工藝 摘要 本文介紹了一種激光多響應(yīng)優(yōu)化混合田口方法和響應(yīng)曲面法（ 切割過程。該方法首先利用田口質(zhì)量損失函數(shù)來找到最佳水平切削參數(shù)輸入如協(xié)助氣體壓力，脈沖寬度，脈沖頻率和切割速度。輸入?yún)?shù)值的最佳進(jìn)一步作為在響應(yīng)曲面法中心值來開發(fā)和優(yōu)化的二階反應(yīng)模型。這兩個品質(zhì)特性切縫寬度（千瓦），和材料去除率（ 這是不同性質(zhì)（千瓦的較小的，更好的類型是，在材料去除率是越高越好類型），已選定同步優(yōu)化。結(jié)果顯示無論在相當(dāng)大的改善當(dāng)混合使用的方法是，質(zhì)量特性進(jìn)行比較單一的方法的結(jié)果 。 1。簡介 該激光器發(fā)明于 20世紀(jì) 60年代，具有廣泛的應(yīng)用在對金屬板材精細(xì)切割領(lǐng)域，由于其高精度，高強度 [1,2]。激光束切割（ 以成功地用于切割導(dǎo)電和非導(dǎo)電難以切割先進(jìn)如反光金屬，塑料工程材料，橡膠，陶瓷和復(fù)合材料。除了切割難切削材料，使用最廣泛的本地商戶中心是在產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)密切復(fù)雜形狀 /概況 為鋼板切割公差 [3]。最廣 泛用于切割金屬板材使用的工業(yè)氣體激光器 d： 們越來越近年來，在利益的使用脈沖 平均束功率，良好 的聚焦特性，縮小熱影響區(qū)（ 本地商戶中心是一種熱能源為基礎(chǔ)的非傳統(tǒng)的切割。在這片材的方法是減少主要是由于融化和蒸發(fā)。熔化的材料是用彈出高壓氣體噴射幫助幫助 [4]。在原理圖 1。自引進(jìn)，本地商戶中心一直是主要的研究領(lǐng)域為獲得質(zhì)量特別好切。該對切 割質(zhì)量完全取決于工藝設(shè)定參數(shù)如激光功率，類型和協(xié)助壓力氣，片材厚度和組成，切割速度和操作（連續(xù)波或脈沖模式模式）。大量的實驗研究已開展與分析的過程效果的目的關(guān)于削減幾何參數(shù)，切割表面質(zhì)量。在考慮到本地商戶中心的實驗研究最過程中 ，研究人員在不同時間的因素之一 ，分析投入產(chǎn)出的過程參數(shù)的影響質(zhì)量特性或反應(yīng) [5但是，這技術(shù)需要大量的實驗運行因為只有一個因素是多種多樣的每次運行，保持所有其他因素不變。另外，在此技術(shù)，輸入過程中各參數(shù)的互動效應(yīng)不考慮。為了克服這些問題，有些研究人員已經(jīng)納入實驗設(shè)計方法，如響應(yīng)曲面法（ 田口方法在實驗（商標(biāo)）研究本地商戶中心的進(jìn)程。應(yīng)用田口方法來研究激光切割 信號與信噪比（ S/ N）比總圖的，優(yōu)點是視為質(zhì)量功能。這種品質(zhì)功能 集成質(zhì)量特性的加權(quán)影響（切縫寬度（千 瓦），表面粗糙度，顯微硬度，切緣和熱影響區(qū)）及成本部分（削坡速度，氧氣壓力和束功率）。林等人。已申請的表面相同的方法研究粗糙度期間獲得高速激光切割不銹鋼板。李等人。 [13]也應(yīng)用田口穩(wěn)健設(shè)計方法，研究的寬度在激光切割和焊接熱影響區(qū)切割（扁平封裝（ ）包使用二極管泵浦固體激光器（ 統(tǒng)。所采取的切削參數(shù)為：激光目前，激光頻率和切割速度。馬修等。 [14]上進(jìn)行參數(shù)研究脈沖 2毫米厚）。中心組合設(shè)計（ 均勻精度用于實驗設(shè)計和第二階響應(yīng)面模型的熱 影響區(qū)和切縫錐度的開發(fā)。輸入過程 參數(shù)切割速度快，脈沖能量，脈沖持續(xù)時間，脈沖重復(fù)率和氣體的壓力。阿爾梅達(dá)等。應(yīng)用實驗設(shè)計方法 [15]，以確定能量，重疊率效應(yīng)和 表面粗糙度和污垢的形成（邊不規(guī)則的 在實驗設(shè)計過程的基礎(chǔ)上本地商戶中心的研究迄今主要是在優(yōu)化一次一個品質(zhì)特性。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這對于一個質(zhì)量最佳的參數(shù)設(shè)置其他特性可能會降低品質(zhì)特性。作為一個制造過程的目標(biāo)是始終提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量有必要優(yōu)化多重品質(zhì)特性同時進(jìn)行。安東尼 [16]田 口質(zhì)量已顯示出損失函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)生產(chǎn)過程采取的電子為例大會的問題。他找到了很大的改善在多重品質(zhì)特性，相較于單一品質(zhì)特性。不同雜交方法最近被用于不同加工工藝的優(yōu)化。田口用模糊邏輯方法 [17]或用灰色關(guān)聯(lián)分析 [18]已被用于優(yōu)化放電加工工藝（非傳統(tǒng)基于熱加工過程）多機加工性能。 19]已經(jīng)提出了一個連續(xù)的整合對 演示通過采取個案研究的雜交方法印制電路板生產(chǎn)廠，發(fā)現(xiàn)重大減少質(zhì)量損失。對 單個或多個性能的措施。在本文件中混合田口方法與響應(yīng)曲面法（ 法已用于開發(fā)響應(yīng)模型和優(yōu)化 多重品質(zhì)特性千瓦，材料去除率（ 一個脈沖 粒取向高硅合金鋼變壓器用表）。該質(zhì)量特性兩種不同性質(zhì)（千瓦，較小的，更好（ 類型和 好的（乙肝）型）不等加權(quán)因子（千瓦： 80％，材料去除率： 20％）已選擇。首先， 最小和最大材料去除率千瓦）。輸出（最佳參數(shù)值）從 在 階反應(yīng)模型為千瓦，已開發(fā)出 陣 [20]。的 法已用于開發(fā)響應(yīng)模型和優(yōu)化 人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適 應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 能發(fā)展方向 (1)用戶界面圖形化用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于 不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最 困難的部分之一。當(dāng)前 擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可 視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了 非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編 程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的 視圖和局部顯示比例縮放功能的實現(xiàn)。 (2)科學(xué)計算可視化科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使 信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域， 如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于 自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 (3)插補和補償方式多樣化多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插 補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標(biāo)插補、 2D+2 螺旋插補、 補、 補 (非均勻有理 B 樣條插補 )、樣條插補 (A、 B、 C 樣條 )、多項式插補 等。多種補償功能如間隙補償、垂直度 補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤 差補償、與速度相關(guān)的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算 的刀具半徑補償?shù)取? (4)內(nèi)裝高性能 控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 制模塊，可直接用梯形圖 或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車 床銑床的標(biāo)準(zhǔn) 戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn) 戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯 修改，從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。 (5)多媒體技術(shù)應(yīng)用多媒體技術(shù)集計算機、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在 數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備 的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。 系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 (1)集成化采用高度集成化 片和大規(guī)模可編程集成電路 及專用集成電路 片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度 和軟硬件運行速度。應(yīng)用 板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器 具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大尺寸 顯示，成為和 衡的新興顯示技術(shù) ，是 21 世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn) 封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、 減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改進(jìn)性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可 靠性。 (2)模塊化硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的 功能需求，將基本模塊，如 儲器、位置伺服、 入輸出接口、通 訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增 減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 (3)網(wǎng)絡(luò)化機床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網(wǎng)，可在 任何一 臺機床上對其它機床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運行，不同機床的畫面可同 時顯示在每一臺機床的屏幕上。 (4)通用型開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機組成總線式、模塊化、開 放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、 不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單 機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝 綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等 各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變 量的閉環(huán)控 制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實 時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、 服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真 等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智 能化、網(wǎng)絡(luò)化。 3. 智能化新一代 控系統(tǒng) 當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新 一代 控系統(tǒng)已成為可能。智能化新一代 控系統(tǒng)將計算機智能 技術(shù)、網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)、 服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀 具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。 數(shù)控是可編程自動化技術(shù)的一種形式，通過數(shù)字、字母和其他符號來控制加 工設(shè)備。數(shù)字、字母和符號用適當(dāng)?shù)母袷骄幋a為一個特定工件定義指令程序。當(dāng) 工件改變時，指令程序就改變。這種改變程序的能力使數(shù)控適合于中、小批量生 產(chǎn)，寫一段新程序遠(yuǎn)比對加工設(shè)備做大的改動容易得多。數(shù)控機床有兩種基本形式：點位控制和連續(xù)控制 (也稱為輪廓控制 )。點位控制機床采用異步電動機，因此，主軸的定位只能通 過完成一個運動或一個電動機的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。這種機床主要用于直線切削或鉆孔、鏜孔等場合。數(shù)控系統(tǒng)由下列組件組成：數(shù)據(jù)輸入裝置，帶控制單元的磁帶閱讀機，反饋裝置和切削機床或其他形式的數(shù)控設(shè)備。數(shù)據(jù)輸人裝置，也稱“人機聯(lián)系裝置”，可用人工或全自動方法向機床提供數(shù)據(jù)。人工方法作為輸人數(shù)據(jù)唯一方法時，只限于少量輸入。人工輸入裝置有鍵盤，撥號盤，按鈕，開關(guān)或撥輪選擇開關(guān)，這些都位于機床附近的一個控制臺上。撥號盤通常連到一個同步解析器或電位計的模擬裝置上。在大多數(shù)情況下，按鈕、開關(guān)和其他類似的旋鈕是數(shù)據(jù)輸入元件。人工輸入需 要操作者控制每個操作，這是一個既慢又單調(diào)的過程，除了簡單加工場合或特殊情況，已很少使用。幾乎所有情況下，信息都是通過卡片、穿孔紙帶或磁帶自動提供給控制單元。在傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)中，八信道穿孔紙帶是最常用的數(shù)據(jù)輸入形式，紙帶上的編碼指令由一系列稱為程序塊的穿孔組成。每一個程序塊代表一種加工功能、一種操作或兩者的組合。紙帶上的整個數(shù)控程序由這些連續(xù)數(shù)據(jù)單元連接而成。帶有程序的長帶子像電影膠片一樣繞在盤子上，相對較短的帶子上的程序可通過將紙帶兩端連接形成一個循環(huán)而連續(xù)不斷地重復(fù)使用。帶子一旦安裝好，就可反復(fù)使用而無需 進(jìn)一步處理。此時，操作者只是簡單地上、下工件。穿孔紙帶是在帶有特制穿孔附件的打字機或直接連到計算機上的紙帶穿孔裝置上做成的。紙帶制造很少不出錯，錯誤可能由編程、卡片穿孔或編碼、紙帶穿孔時的物理損害等形成。通常，必須要試走幾次來排除錯誤，才能得到一個可用的工作紙帶。雖然紙帶上的數(shù)據(jù)是自動進(jìn)給的，但實際編程卻是手工完成的，在編碼紙帶做好前，編程者經(jīng)常要和一個計劃人員或工藝工程師一起工作，選擇合適的數(shù)控機床，決定加工材料，計算切削速度和進(jìn)給速度，決定所需刀具類型，仔細(xì)閱讀零件圖上尺寸，定下合適的程序開始的零參考點 ，然后寫出程序清單，其上記載有描述加工順序的編碼數(shù)控指令，機床按順序加工工件到圖樣要求?？刂茊卧邮芎蛢Υ婢幋a數(shù)據(jù)，直至形成一個完整的信息程序塊，然后解釋數(shù)控指令，并引導(dǎo)機床得到所需運動。為更好理解控制單元的作用，可將它與撥號電話進(jìn)行比較，即每撥一個數(shù)字，就儲存一個，當(dāng)整個數(shù)字撥好后，電話就被激活，也就完成了呼叫。裝在控制單元里的紙帶閱讀機，通過其內(nèi)的硅光二極管，檢測到穿過移動紙帶上的孔漏過的光線，將光束轉(zhuǎn)變成電能，并通過放大來進(jìn)一步加強信號，然后將信號送到控制單元里的寄存器，由它將動作信號傳到機床驅(qū)動裝置 。有些光電裝置能以高達(dá)每秒 1000 個字節(jié)的速度閱讀，這對保持機床連續(xù)動作是必須的，否則，在輪廓加工時，刀具可能在工件上產(chǎn)生劃痕。閱讀裝置必須要能以比控制系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)更快的速度來閱讀數(shù)據(jù)程序塊。反饋裝置是用在一些數(shù)控設(shè)備上的安全裝置，它可連續(xù)補償控制位置與機床運動滑臺的實際位置之間的誤差。裝有這種直接反饋檢查裝置的數(shù)控機床有一個閉環(huán)系統(tǒng)裝置。位置控制通過傳感器實現(xiàn)，在實際工作時，記錄下滑臺的位置，并將這些信息送回控制單元。接受到的信號與紙帶輸入的信號相比較，它們之間的任何偏差都可得到糾正。在另一個稱為開環(huán)的 系統(tǒng)中，機床僅由響應(yīng)控制器命令的步進(jìn)電動機驅(qū)動定位，工件的精度幾乎完全取決于絲杠的精度和機床結(jié)構(gòu)的剛度。有幾個理由可以說明步進(jìn)電機是一個自動化申請的非常有用的驅(qū)動裝置。對于一件事物，它被不連續(xù)直流電壓脈沖驅(qū)使 ,是來自數(shù)傳計算機和其他的自動化的非常方便的輸出控制系統(tǒng)。當(dāng)多數(shù)是索引或其他的自動化申請所必備者的時候，步進(jìn)電機對運行一個精確的有角進(jìn)步也是理想的。因為控制系統(tǒng)不需要監(jiān)聽就提供特定的輸出指令而且期待系統(tǒng)適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)的公開 - 環(huán)操作造成一個回應(yīng)環(huán)，步進(jìn)電機是理想的。一些工業(yè)的機械手使用高抬腿運步的馬乘汽車駕 駛員，而且步進(jìn)電機是有用的在數(shù)字受約束的工作母機中。這些申請的大部分是公開 - 環(huán) ,但是雇用回應(yīng)環(huán)檢測受到驅(qū)策的成份位置是可能的。環(huán)的一個分析者把真實的位置與需要的位置作比較，而且不同是考慮過的錯誤。那然后駕駛員能發(fā)行對步進(jìn)電機的電脈沖，直到錯誤被減少對準(zhǔn)零位。在這個系統(tǒng)中，沒有信息反饋到控制單元的自矯正過程。出現(xiàn)誤動作時，控制單元繼續(xù)發(fā)出電脈沖。比如，一臺數(shù)控銑床的工作臺突然過載，阻力矩超過電機轉(zhuǎn)矩時，將沒有響應(yīng)信號送回到控制器。因為，步進(jìn)電機對載荷變化不敏感，所以許多數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計允許電機停轉(zhuǎn)。然而，盡管有 可能損壞機床結(jié)構(gòu)或機械傳動系統(tǒng)，也有使用帶有特高轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機的其他系統(tǒng)，此時，電動機有足夠能力來應(yīng)付系統(tǒng)中任何偶然事故。最初的數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)系統(tǒng)。在開、閉環(huán)兩種系統(tǒng)中，閉環(huán)更精確，一般說來更昂貴。起初，因為原先傳統(tǒng)的步進(jìn)電動機的功率限制，開環(huán)系統(tǒng)幾乎全部用于輕加工場合，最近出現(xiàn)的電液步進(jìn)電動機已越來越多地用于較重的加工領(lǐng)