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譯文 多目標優(yōu)化激光切割工藝 摘要 本文介紹了一種激光多響應優(yōu)化混合田口方法和響應曲面法（ 切割過程。該方法首先利用田口質量損失函數(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。輸入參數(shù)值的最佳進一步作為在響應曲面法中心值來開發(fā)和優(yōu)化的二階反應模型。這兩個品質特性切縫寬度（千瓦），和材料去除率（ 這是不同性質（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。結果顯示無論在相當大的改善當混合使用的方法是，質量特性進行比較單一的方法的結果 。 1。簡介 該激光器發(fā)明于 20世紀 60年代，具有廣泛的應用在對金屬板材精細切割領域，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電和非導電難以切割先進如反光金屬，塑料工程材料，橡膠，陶瓷和復合材料。除了切割難切削材料，使用最廣泛的本地商戶中心是在產業(yè)實現(xiàn)密切復雜形狀 /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，本地商戶中心一直是主要的研究領域為獲得質量特別好切。該對切 割質量完全取決于工藝設定參數(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于削減幾何參數(shù)，切割表面質量。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 ，分析投入產出的過程參數(shù)的影響質量特性或反應 [5但是，這技術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，輸入過程中各參數(shù)的互動效應不考慮。為了克服這些問題，有些研究人員已經納入實驗設計方法，如響應曲面法（ 田口方法在實驗（商標）研究本地商戶中心的進程。應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)點是視為質量功能。這種品質功能 集成質量特性的加權影響（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]也應用田口穩(wěn)健設計方法，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]上進行參數(shù)研究脈沖 2毫米厚）。中心組合設計（ 均勻精度用于實驗設計和第二階響應面模型的熱 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，脈沖重復率和氣體的壓力。阿爾梅達等。應用實驗設計方法 [15]，以確定能量，重疊率效應和 表面粗糙度和污垢的形成（邊不規(guī)則的 在實驗設計過程的基礎上本地商戶中心的研究迄今主要是在優(yōu)化一次一個品質特性。人們已經發(fā)現(xiàn)這對于一個質量最佳的參數(shù)設置其他特性可能會降低品質特性。作為一個制造過程的目標是始終提高了產品的整體質量有必要優(yōu)化多重品質特性同時進行。安東尼 [16]田 口質量已顯示出損失函數(shù)的多目標優(yōu)化技術生產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特性，相較于單一品質特性。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廠，發(fā)現(xiàn)重大減少質量損失。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曲面法（ 法已用于開發(fā)響應模型和優(yōu)化 多重品質特性千瓦，材料去除率（ 一個脈沖 粒取向高硅合金鋼變壓器用表）。該質量特性兩種不同性質（千瓦，較小的，更好（ 類型和 好的（乙肝）型）不等加權因子（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 階反應模型為千瓦，已開發(fā)出 陣 [20]。的 法已用于開發(fā)響應模型和優(yōu)化 人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適 應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、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)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、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。當前 擬現(xiàn)實、科學計算可 視化及多媒體等技術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行操作，便于藍圖編程和快速編 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)科學計算可視化科學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，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域， 如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數(shù)控技術領域，可視化技術可用于 自動編程設計、參數(shù)自動設定、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)內裝高性能 控系統(tǒng)內裝高性能 制模塊，可直接用梯形圖 或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車 床銑床的標準 戶程序實例，用戶可在標準 戶程序基礎上進行編輯 修改，從而方便地建立自己的應用程序。 (5)多媒體技術應用多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，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)控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現(xiàn)場設備 的故障診斷、生產過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。 系結構的發(fā)展 (1)集成化采用高度集成化 片和大規(guī)?？删幊碳呻娐? 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。應用 板顯示技術，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 ，是 21 世紀顯示技術的主流。應用先進 封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、 減少互連長度和數(shù)量來降低產品價格，改進性能，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)的集成化和標準化。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，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數(shù)量的增 減，構成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。 (3)網絡化機床聯(lián)網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯(lián)網，可在 任何一 臺機床上對其它機床進行編程、設定、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、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，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、網絡技術、多媒體技術、 服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真 等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智 能化、網絡化。 3. 智能化新一代 控系統(tǒng) 當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、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、網 絡技術、 服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀 具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。 數(shù)控是可編程自動化技術的一種形式，通過數(shù)字、字母和其他符號來控制加 工設備。數(shù)字、字母和符號用適當?shù)母袷骄幋a為一個特定工件定義指令程序。當 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，寫一段新程序遠比對加工設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，開關或撥輪選擇開關，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)不斷地重復使用。帶子一旦安裝好，就可反復使用而無需 進一步處理。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，計算切削速度和進給速度，決定所需刀具類型，仔細閱讀零件圖上尺寸，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行比較，即每撥一個數(shù)字，就儲存一個，當整個數(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，將光束轉變成電能，并通過放大來進一步加強信號，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動裝置 。有些光電裝置能以高達每秒 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，機床僅由響應控制器命令的步進電動機驅動定位，工件的精度幾乎完全取決于絲杠的精度和機床結構的剛度。有幾個理由可以說明步進電機是一個自動化申請的非常有用的驅動裝置。對于一件事物，它被不連續(xù)直流電壓脈沖驅使 ,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)。當多數(shù)是索引或其他的自動化申請所必備者的時候，步進電機對運行一個精確的有角進步也是理想的。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?shù)胤磻墓_ - 環(huán)操作造成一個回應環(huán)，步進電機是理想的。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) ,但是雇用回應環(huán)檢測受到驅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)行對步進電機的電脈沖，直到錯誤被減少對準零位。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，阻力矩超過電機轉矩時，將沒有響應信號送回到控制器。因為，步進電機對載荷變化不敏感，所以許多數(shù)控系統(tǒng)設計允許電機停轉。然而，盡管有 可能損壞機床結構或機械傳動系統(tǒng)，也有使用帶有特高轉矩步進電機的其他系統(tǒng)，此時，電動機有足夠能力來應付系統(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)的電液步進電動機已越來越多地用于較重的加工領