本發(fā)明屬于軸承設計，具體涉及一種基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法。

背景技術：

1、在軸承的優(yōu)化設計領域，盡管已有研究者通過理論分析、加工實驗、有限元仿真實驗等方法對軸承的加工過程進行了一定程度的優(yōu)化，但在多目標優(yōu)化方面，對軸承表層性能進行系統(tǒng)的深入研究仍然較少。此外，結合磨削工藝優(yōu)化的方式進行設計也相對缺乏。為了提高軸承表層性能，提升表面質量，迫切需要對表面加工參數進行深入的優(yōu)化探究。軸承表層性能的優(yōu)化設計是一個多目標問題，需要綜合考慮各種因素，以實現不同性能指標之間的平衡。這些性能指標可能相互關聯，甚至可能存在沖突，如提高表面硬度可能會增加表面粗糙度。

2、目前對于軸承套圈磨削工藝優(yōu)化，常見的是以表面完整性的評價指標為優(yōu)化目標，這樣優(yōu)化的結果，會出現表面殘余應力過大，導致軸承圓度不達標，從而使得軸承裝配不上或者旋轉精度達不到要求的現象。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現有技術的技術瓶頸，提供一種基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，以及表面粗糙度、圓度和殘余應力的計算模型，能夠根據工藝參數準確的計算軸承的表面完整性和形位公差，用于判斷工藝參數是否滿足要求，來實現軸承表層性能的多目標優(yōu)化設計，以提高軸承的整體性能和可靠性。這不僅能夠提升軸承產品的質量，還能夠為自動化技術的發(fā)展提供更可靠的機械部件支持。

2、本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：

3、一種基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，包括以下步驟，

4、1）以精磨速度、精磨量和精磨延時為磨削工藝參數，根據所述的磨削工藝參數及其預設的多組實驗水平建立正交實驗表并加工試樣；

5、2）對試樣進行表面粗糙度、圓度和殘余應力的實驗測量；

6、3）將磨削工藝參數作為參數變量，表面粗糙度、圓度和殘余應力作為響應變量，利用一般指數模型對響應變量進行預測，得到薄壁軸承表面粗糙度、圓度和殘余應力關于磨削工藝參數的數學模型；

7、4）計算權重系數，將所述的數學模型作為目標函數，采用加權求和將多目標轉化為單目標，得到單目標函數公式；

8、5）將單目標函數公式無量綱化后，采用粒子種群優(yōu)化算法在給定磨削工藝參數范圍內進行全局搜索，獲得磨削工藝參數最優(yōu)解。

9、作為其中一個優(yōu)選方案，所述表面粗糙度的實驗測量采用gb/t1031-2009進行測量，獲得表面粗糙度的值；所述圓度的實驗測量采用gb/t1804-2009進行測量，獲得圓度的值；所述殘余應力的實驗測量采用gb/t?24179-2023進行測量，獲得殘余應力的值。

10、作為其中一個優(yōu)選方案，其中所述的一般指數模型為：

11、?，

12、式中，是響應變量，是第個磨削工藝參數，是常數項，是線性項的系數，是二次項的系數，和是指數項相關的系數，是磨削工藝參數的個數。

13、作為其中一個優(yōu)選方案，其中所述的權重系數采用信息熵法計算，其包括以下步驟：首先計算每個磨削工藝參數的標準化值；然后計算每個磨削工藝參數的熵值；再計算熵值對應的權重系數。

14、作為其中一個優(yōu)選方案，其中所述的粒子種群優(yōu)化算法包括以下步驟：

15、產生一組優(yōu)化模型的隨機解；

16、迭代搜索種群的最優(yōu)解；

17、更新粒子的位置和速度；

18、獲得磨削工藝參數最優(yōu)解。

19、本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果為：

20、本發(fā)明通過構建一種數學模型，以薄壁軸承圓度、表面粗糙度、殘余應力為優(yōu)化目標，并將精磨速度、精磨延時、精磨量約束轉化為懲罰函數，建立涵蓋圓度、表面粗糙度、殘余應力、精磨速度、精磨延時、精磨量的多學科優(yōu)化模型。在多參數優(yōu)化過程中全面考量了各項性能指標，確保了優(yōu)化算法的全面性，采用此優(yōu)化方法加工后的軸承，其形位公差和表面完整性均得到了顯著提升。磨削工藝優(yōu)化設計的目標涵蓋表面粗糙度、圓度、殘余應力等多個方面，這些參數決定表面性能。表面粗糙度和殘余應力屬于軸承套圈表面完整性的評價指標，決定了軸承的壽命；圓度屬于軸承套圈形位公差的評價指標，決定了軸承的裝配精度和旋轉精度。

技術特征：

1.一種基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟，

2.如權利要求1所述的基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，其特征在于，所述表面粗糙度的實驗測量采用gb/t1031-2009進行測量，獲得表面粗糙度的值；所述圓度的實驗測量采用gb/t1804-2009進行測量，獲得圓度的值；所述殘余應力的實驗測量采用gb/t?24179-2023進行測量，獲得殘余應力的值。

3.如權利要求1所述的基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，其特征在于，其中所述的一般指數模型為：，式中，是響應變量，是第個磨削工藝參數，是常數項，是線性項的系數，是二次項的系數，和是指數項相關的系數，是磨削工藝參數的個數。

4.如權利要求1所述的基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，其特征在于，其中所述的權重系數采用信息熵法計算，其包括以下步驟：首先計算每個磨削工藝參數的標準化值；然后計算每個磨削工藝參數的熵值；再計算熵值對應的權重系數。

5.如權利要求1所述的基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，其特征在于，其中所述的粒子種群優(yōu)化算法包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于形位公差和表面完整性的薄壁軸承磨削工藝優(yōu)化方法，包括以下步驟，1）以精磨速度、精磨量和精磨延時為磨削工藝參數建立正交實驗表并加工試樣；2）對試樣進行實驗測量；3）薄壁軸承表面粗糙度、圓度和殘余應力關于磨削工藝參數的數學模型；4）計算權重系數，將所述的數學模型作為目標函數，采用加權求和將多目標轉化為單目標，得到單目標函數公式；5）采用粒子種群優(yōu)化算法在給定磨削工藝參數范圍內進行全局搜索，獲得磨削工藝參數最優(yōu)解。本發(fā)明在多參數優(yōu)化過程中全面考量了各項性能指標，確保了優(yōu)化算法的全面性，采用此優(yōu)化方法加工后的軸承，其形位公差和表面完整性均得到了顯著提升。

技術研發(fā)人員：王燕霜,陳龍?zhí)?孫智煒,林廣森,李偉
受保護的技術使用者：齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15