[發明專利]數控機床精度分配多目標優化方法

有效

• 申請號: 201811355152.8
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109522643B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 范晉偉;王培桐;張紅亮;馬寧;印健
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了數控機床精度分配多目標優化方法，數控機床精度優化問題分別選取代表經濟效益的成本、代表實用效益的可靠性和代表產品質量的穩健性三個相關的指標來衡量精度分配方案的優劣。以數控機床各功能部件之間的幾何誤差為設計變量，以數控機床模糊精度成本最小、可靠性和穩健性評分最大為目標，以設計機床設計要求和設計技術條件為約束的多目標優化數學規劃問題；本發明完善了數控機床整機精度建模方法，進行精度分配時，通過建立數控機床相關成本一幾何誤差模型、數控機床相關可靠性一幾何誤差模型、數控機床幾何誤差一容差約束穩健指標模型，進而建立數控機床關于精度的多目標優化模型，為之后的精度分配提供理論依據。

技術領域

本發明涉及數控機床精度優化問題分別選取代表經濟效益的成本、代表實用效益的可靠性和代表產品質量的穩健性三個相關的指標來衡量精度分配方案的優劣，是一個多目標優化問題。以數控機床各功能部件之間的幾何誤差為設計變量，以數控機床模糊精度成本最小、可靠性和穩健性評分最大為目標，以設計機床設計要求和設計技術條件為約束的多目標優化數學規劃問題，屬于數控機床多目標優化設計技術領域。

背景技術

數控機床尤其是高檔數控機床精度性能越好，這種偏差越小，加工成品質量也越高。經研究表明，影響高檔數控機床精度的幾何誤差、熱變形誤差比重占到機床總誤差的。精度越高的高檔數控機床這一比重越大。

高檔數控機床的整機精度分配設計與優化是整機方案設計中極為重要的一環，針對機床各項幾何誤差，從機床各功能部件出發，建立幾何誤差模型，找到各項誤差與整機空間誤差的關系，進而合理的分配各部件公差，完成各功能部件公差分配及優化的過程。在這個過程中，需要綜合考慮加工及裝配工藝性、相關成本、可靠性和穩健性等關鍵因素。

發明內容

本發明的目的是完善數控機床整機精度建模方法，進行精度分配時，通過建立數控機床相關成本一幾何誤差模型、數控機床相關可靠性一幾何誤差模型、數控機床幾何誤差一容差約束穩健指標模型，進而建立數控機床關于精度的多目標優化模型，為之后的精度分配提供理論依據。

本發明方法采用的技術方案為數控機床精度分配多目標優化方法，本方法的實現過程如下：

S1建立成本—幾何誤差模型。

S1.1數控機床的幾何誤差是由各相鄰部件，即相鄰體間的相互運動產生的，因此用各功能部件間的裝配調試時間衡量各個幾何誤差間的相對復雜度。則將數控機床各個相鄰體間的模糊成本權重w^a表示為：

式中表示第對數控機床相鄰體間的裝配調試耗時。

有區分的加權平均方法可以計算由一對相鄰體所產生的多項幾何誤差的相關成本權重：

式中，n表示相鄰體k所產生的幾何誤差項數；m表示線位移誤差項數；則角位移誤差項數為n-m；α表示線位移誤差的權重系數；β代表角位移誤差的權重系數。

S1.2構建成本-幾何誤差模型。

為了構建較為符合實際生產的成本-幾何誤差模型，如圖1所示，加工成本隨誤差的增大而減小，因此成本-幾何誤差模型采用冪指數函數模型來構建：

式中，C(x_i)為數控機床第i項幾何誤差的模糊成本；x_i為數控機床第i項幾何誤差的初始分配值；a、b為模糊成本系數；e為幾何誤差項的指數。

當各項幾何誤差是由不同的相鄰體產生時，系數和指數需取不同的值。當各項幾何誤差是由一對相鄰體產生時，模糊成本系數a，b和幾何誤差項的指數e的取值相同。所以，數控機床成本-幾何誤差模型為：

S2數控機床相關可靠性-幾何誤差模型：