一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法,所述方法首先设定螺旋槽槽深及槽底表面粗糙度的设计控制目标；其次基于均匀试验法和ACE非参数回归法分别构建槽深、槽底表面粗糙度与激光加工工艺参数的映射关系；然后结合蒙特卡洛模拟及插值运算对不同工艺参数下的加工质量进行预测，并通过试验对预测结果进行验证；最后以加工效率和槽底加工质量为优化目标，优选出满足设计控制目标的螺旋槽激光加工工艺参数。本发明专利技术具有操作简单、预测精度较高、适用范围广等特点，可以在满足设计控制目标下有效提高螺旋槽的加工质量和加工效率，实现干气密封螺旋槽激光高效精密加工，同时也适用于不同设计控制目标下各种流体动压槽的激光加工。体动压槽的激光加工。体动压槽的激光加工。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法


[0001]本专利技术涉及一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法，属于干气密封激光精密加工


技术介绍

[0002]干气密封旋转环（动环）端面上加工有多个微米级深度的流体动压槽，利用流体动压槽产生的流体动、静压效应来实现密封端面的非接触。螺旋槽作为干气密封常用的动压槽端面槽型，其槽深仅为5~10μm，槽底表面粗糙度为0.4~1.6μm，稳定运行时气膜厚度为3~5μm。当槽深相差几微米或槽底表面粗糙度较大时，可能会引起干气密封开启力不足，造成密封环磨损或碎裂，从而导致密封失效，带来巨大的经济损失或环境污染。因此，螺旋槽加工精度对干气密封的安全稳定运行有着重要的作用。
[0003]动压槽加工是干气密封的核心技术，现有的激光加工技术一般只能将动压槽的加工精度控制在微米量级，且槽深在逐渐加深的过程中，激光对密封表面反复烧蚀使得槽底表面起伏更为剧烈，即槽深越大其槽底表面粗糙度越大，导致槽深难以精确控制，槽底表面加工质量不高。此外，加工精度和加工效率难以同时兼顾。因此，如何实现动压槽高效精密加工以满足动压槽的实际加工要求是干气密封领域所面临的一个难点，也是亟需解决的问题。
[0004]目前，动压槽激光加工研究工作主要采用单因素法或单因素法与正交试验法相结合的方法开展加工工艺研究，但这些方法无法满足多目标下的工艺优化，且优化精度较低、试验成本高、加工效率低，尚缺乏有效的干气密封动压槽激光高效精准加工方法及手段。

技术实现思路

>[0005]鉴于此，本专利技术旨在提供一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法。在均匀试验的基础上，通过ACE算法建立起加工质量与螺旋槽激光工艺参数的映射关系，然后结合Monte Carlo（Monte Carlo）模拟及插值运算对不同工艺参数下的加工质量进行预测，并通过试验对预测结果进行验证，最后以加工效率和槽底加工质量为优化目标，优选出满足设计控制目标的螺旋槽激光工艺参数。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法，包括以下步骤：（1）设定螺旋槽槽深h
g
和槽底表面粗糙度Ra的设计控制目标；（2）确定工艺参数的取值范围及水平，进行均匀试验获取试验样本；（3）基于ACE算法构造螺旋槽槽深和槽底表面粗糙度与工艺参数的变换关系；（4）利用Monte Carlo枚举N个随机样本，再通过插值算法获得满足设计控制目标下的工艺参数及预测结果，初步筛选出满足设计控制目标的工艺参数组；（5）根据得到的满足设计控制目标的工艺参数组，在光纤标刻机软件中对工艺参数进行微调，选择最接近于预测值的工艺参数作为实际加工参数进行加工，加工完毕后测
量螺旋槽槽深h
g
和槽底表面粗糙度Ra；（6）最后综合加工质量和加工效率，优选出满足设计控制目标的工艺参数组。
[0007]优选的，步骤（1）所述螺旋槽槽深5~10μm。
[0008]优选的，步骤（1）中螺旋槽槽深和槽底表面粗糙度的设计控制目标为：螺旋槽槽深9.8μm≤h
g
≤10.2μm，槽底表面粗糙度Ra≤0.8μm。
[0009]优选的，步骤（2）中工艺参数选用激光功率、扫描速度、填充间距及标刻次数四个有显著影响的因素作为设计变量，根据均匀设计表制定合适的均匀实验方案。
[0010]优选的，步骤（3）中是基于均匀试验所获得不同工艺参数组下的槽深和槽底表面粗糙度结果，利用ACE算法构建加工质量与工艺参数的变换关系。
[0011]优选的，步骤（4）中初步筛选出满足设计控制目标的工艺参数组的步骤为：利用Monte Carlo枚举N个随机样本，通过插值计算，并筛选结果，若任意工艺参数下的槽深和槽底槽底表面粗糙度均不满足设计控制目标函数，则重复该步骤，直至得到满足设计控制目标的工艺参数。
[0012]优选的，步骤（5）中得到最优工艺参数的步骤为：若对加工的产品进行螺旋槽槽深和槽底表面粗糙度进行实际测量不满足设计控制目标，则返回步骤（4）重新操作，直至实际加工后的螺旋槽槽深和槽底表面粗糙度满足设计控制目标为止。
[0013]优选的，步骤（6）中综合加工质量和加工效率的步骤：通过分别建立加工效率和加工质量的单目标优化模型，并对两个目标赋予不同的权重后，建立新的单目标优化模型，取计算结果最小下的工艺参数作为优化工艺参数。
[0014]本专利技术的优点：针对螺旋槽加工精度不足和加工效率不高的问题，提出了一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法，选择标刻次数、激光功率、填充间距、扫描速度四个有显著影响的因素作为设计变量，结合均匀试验、ACE算法、Monte Carlo枚举和插值运算，优选出满足设计控制目标的工艺参数。该方法具有试验次数少、预测精度高、计算速度快、稳定可靠等特点，非常适用于多因素多水平、自变量和因变量之间具有非线性特征的优化研究。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术能够有效提高螺旋槽的加工质量和加工效率，且适用范围广，可为不同设计控制目标下各种流体动压槽的激光加工提供借鉴和理论指导。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的流程图；图2为三组实际工艺参数下的螺旋槽槽深二维形貌图；图3为三组实际工艺参数下的螺旋槽槽内二维形貌图；图4为螺旋槽；图5为直线槽；图6为圆弧槽；图7为T形槽。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施案例，对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的内容并不限于所
述范围。
[0018]实施例1：如图1所示，一种螺旋槽激光加工工艺的ACE优化方法，包括以下步骤：（1）设定螺旋槽槽深h
g
和槽底表面粗糙度Ra的设计控制目标；（2）确定工艺参数的取值范围及水平，进行均匀试验获取试验样本；（3）基于ACE算法构造螺旋槽槽深和槽底表面粗糙度与工艺参数的变换关系；（4）利用Monte Carlo枚举N个随机样本，再通过插值算法获得满足设计控制目标下的工艺参数及预测结果，初步筛选出满足设计控制目标的工艺参数组；（5）根据得到的满足设计控制目标的工艺参数组，在光纤标刻机软件中对工艺参数进行微调，选择最接近于预测值的工艺参数作为实际加工参数进行加工，加工完毕后测量螺旋槽槽深h
g
和槽底表面粗糙度Ra；（6）最后综合加工质量和加工效率，优选出满足设计控制目标的工艺参数组。
[0019]实施例2：首先确定以螺旋槽槽深h
g
=10μm，槽底表面粗糙度Ra≤0.8μm的设计控制目标为约束条件，由于实际加工中很难将螺旋槽槽深h
g
精确控制至10μm，因此在将螺旋槽槽深的加工精度设置为
±
0.2μm，即实际加工得到的螺旋槽必须满足：9.8μm≤h
g
≤10.2μm，Ra≤0.8μm的设计控制目标。
[0020]将重复频率作为固定参数，选择标刻次数、激光功率、填充间距、扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法，其特征在于包括以下步骤：（1）设定螺旋槽槽深h
g
和槽底表面粗糙度Ra的设计控制目标；（2）确定工艺参数的取值范围及水平，进行均匀试验获取试验样本；（3）基于ACE算法构造螺旋槽槽深和槽底表面粗糙度与工艺参数的变换关系；（4）利用Monte Carlo枚举N个随机样本，再通过插值算法获得满足设计控制目标下的工艺参数及预测结果，初步筛选出满足设计控制目标的工艺参数组；（5）根据得到的满足设计控制目标的工艺参数组，在光纤标刻机软件中对工艺参数进行微调，选择最接近于预测值的工艺参数作为实际加工参数进行加工，加工完毕后测量螺旋槽槽深h
g
和槽底表面粗糙度Ra；（6）最后综合加工质量和加工效率，优选出满足设计控制目标的工艺参数组。2.根据权利要求1所述的基于ACE法的干气密封螺旋槽激光高效精密加工方法，其特征在于步骤（1）所述螺旋槽槽深5~10μm，所述设计控制目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛文元，陈硕，宋鹏云，邓强国，许恒杰，孙雪剑，刘小磊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：