机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (9): 238-253.doi: 10.3901/JME.260419
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朱昀1,2, 李方春1,2, 李俊龙1,2, 张莹1,2, 吴宝海1,2
ZHU Yun1,2, LI Fangchun1,2, LI Junlong1,2, ZHANG Ying1,2, WU Baohai1,2
摘要: 在航空发动机叶片、机匣等关键零部件的铣削加工过程中,钛合金和镍基高温合金等难切削材料导致刀具快速磨损,显著影响工件的几何精度和表面质量。针对传统端到端的黑箱模型可解释性差、跨工况泛化能力差等问题,提出了一种基于机理-数据融合加工刀具磨损预测模型。首先,通过建立考虑刀具磨损的铣削力模型和基于功率的铣削力预测模型,构建了具有物理意义的刀具磨损预测机理模型;其次,针对机床加工过程中的多维信息,采用时频域处理及互信息筛选方法,提取与刀具磨损高相关的特征信息,构建数据特征向量集;然后基于门控循环单元(Gated recurrent unit neural network model, GRU)设计了机理数据融合的GRU神经网络模型(Mechanism-data fusion gated recurrent unit neural network model, MDF-GRU),并通过构建具有物理意义约束的损失函数,实现模型在物理一致性空间内的优化训练。并通过加工试验进行验证,结果表明,该模型相比传统方法的均方根误差和平均绝对误差分别降低了71.5%和68.7%,较好地提高了预测精度。研究成果为难切削材料加工中的刀具磨损预测提供了新的技术方案。
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