[發明專利]一種面向能量效率的數控加工工藝參數多目標優化方法

在審

• 申請號: 201410784274.4
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN104517033A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 李聰波;朱巖濤;肖溱鴿;陳行政;吳磊;沈歡;李月
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G05B19/406
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

1.一種面向能量效率的數控加工工藝參數多目標優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)設定數控切削加工的主軸轉速為n、每齒進給量為f_z、背吃刀量為a_p，以及側吃刀量為a_e；

2)建立數控加工工藝參數多目標優化模型：

min?F(n，f_v，a_p，a_e)＝(min?SEC，min?T_p)；

其中，T_p＝t_st+t_air+t_cutting+t_ct，t_st為待機時間；t_air為空切削時間，L_air為空切路徑長度，f_v是所在傳動軸進給速度，f_v＝nzf_z，z為刀具齒數；t_cutting為切削時間，L為切削路徑長度；t_ct為換刀時間，其中，t_pct表示單次磨鈍換刀時間，T表示刀具壽命；

SEC表示數控加工能效：

SEC=EtotalMRR×tcutting]]>

E_total為機床總能耗，分兩種情況：

考慮全加工過程時：

Etotal={Pst(tst+tpcttcuttingT)+[Pmotor+Pspindle-transmitt+Σx(Pservermotorx+Pfeed-transmittx)+Pst+Pau-machine](Lair+Lnzfz)}+ap×ae×L×[(1+c0)kc+c1(kc)2MRR]]]>

僅考慮切削過程時：

Etotal={[Pmotor+Pspindle-transmitt+Σx(Pservermotorx+Pfeed-transmittx)+Pst+Pau-machine](Lair+Lnzfz)}+ap×ae×L×[(1+c0)kc+c1(kc)2MRR]]]>

其中，MRR表示物料去除率，對于銑削加工，MRR＝f_va_pa_e，單位mm³/min；P_st表示待機時段能耗，機床待機時段功率包括動力關聯類輔助系統的功率P_au-power、空載系統中變頻器P_inverter和伺服器功率Pst=Pau-power+Pinverter+ΣxPdrivesx;]]>P_motor表示主軸電機損耗；P_{spindle-transmitt}＝a₁n+a₂n²表示機械傳動空載損耗，a₁、a₂是機械傳動損耗系數；表示所在傳動軸伺服電機損耗；表示所在傳動軸機械傳動空載損耗，b₁、b₂是傳動軸機械傳動空載損耗系數；P_au-machine是加工關聯類輔助系統功率；k_c是切削力系數；c₀、c₁為附加載荷功率P_a與切削功率P_c構成的二次函數的系數，

3)確定約束條件：s.t.nmin≤n≤nmaxfv min≤fv≤fv maxPc≤ηPmaxFc≤Fc maxFc≤FsRa=318fztg(La)+ctg(Ca)<[Ra]]]>

其中，n_min≤n≤n_max表示主轉軸約束，n_min和n_max分別表示機床最低和最高轉速；f_vmin≤f_v≤f_vmax表示進給量約束，f_vmax和f_vmin分別表示機床的最快和最慢進給速度；P_c≤ηP_max表示機床的功率約束，η是機床功率有效系數，P_max是機床最大功率；F_c表示機床的主切削力，F_c≤F_cmax表示機床的切削力約束，F_cmax表示機床所能提供的最大切削力；F_c≤F_s表示主軸剛度約束，F_s是主軸剛度所能允許的最大切削力；R_a＜[R_a]表示加工精度約束，L_a為刀具的前角；C_a為刀具的后角，[R_a]為工件所允許的最大表面粗糙度值；

4)獲得minF(n，f_v，a_p，a_e)時，所對應的n、f_z、a_p和a_e的值；

5)采用步驟4)所獲得的主軸轉速n、每齒進給量f_z、背吃刀量a_p以及側吃刀量a_e對工件進行切削加工。