[發明專利]一種滾齒工藝參數的多目標優化與決策方法

有效

• 申請號: 202110127449.4
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112948994B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 倪恒欣;閻春平;倪申福;黃一躬
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/06
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

1.一種滾齒工藝參數的多目標優化與決策方法，本方法用于指導高速干切滾齒機床進行齒輪加工，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、針對高速干切滾齒加工特性，以切削速度v、軸向進給量f_a、滾刀直徑d₀以及滾刀頭數z₀作為待優化工藝參數變量，構建加工時間MT、滾齒質量HQ及刀具壽命TL的函數模型，所述加工時間MT＝t_s+t_c+t_a+t_ct+t_au，滾齒質量HQ＝ω₁F_α+ω₂F_β，刀具壽命并以最短加工時間、最優滾齒質量、最大刀具壽命作為優化目標函數，同時設立相應的工藝參數變量約束條件，其中t_s表示待機時間，t_c表示切削時間，t_a表示空載時間，t_ct表示換刀時間，t_au表示輔助時間，F_α表示齒形誤差，F_β表示齒向誤差，ω₁及ω₂分別表示齒形誤差和齒向誤差的權重值，σ、k、均是與刀具壽命相關的壽命系數；其中待機時間t_s和輔助時間t_au是與機床自動化程度相關的時間常量；

切削時間t_c的計算公式為：其中s為走刀次數，z₁表示齒輪齒數，B是齒輪寬度，E、A、U是切削安全允量；

空載時間t_a的計算公式為：其中L_a-axial和L_a-radial分別表示軸向空切長度和徑向空切長度，F_r表示徑向切削速度；

換刀時間t_ct的計算公式為：其中t_ap表示切削時間分攤部分，C、K、k₁、k₂、k₃均是刀具系數，m_n表示齒輪法向模數；

其中α_n表示壓力角，i是滾刀槽數，β₀是螺旋角；

步驟2、采用多目標蜻蜓優化算法對工藝參數變量進行迭代尋優，獲得帕累托工藝參數解集；

步驟3、通過層次分析法對步驟2中獲得的帕累托工藝參數解集進行評價和排序，得出最優解，便于生產決策，具體步驟為：

步驟3.1、建立滾齒工藝參數層次分析結構模型，按照目標層、準則層、方案層建立決策體系；

步驟3.2、根據獲取的帕累托工藝參數解集構建準則層判斷矩陣A_mm,，m表示準則個數；

步驟3.3、計算準則層判斷矩陣特征向量a＝[a₁,…,a_j,…,a_m]，特征值λ，j表示第j個準則，按照公式CI＝(λ-m)/(m-1)計算準則層一致性指標，進行層次單排序；

步驟3.4、按照公式CR＝CI/RI計算準則層一致性比率，RI表示隨機一致性指標，參照一致性檢驗表獲得，若CR＜0.1，則認為準則層判斷矩陣的不一致程度在容許范圍內，通過一致性檢驗，特征向量a即為準則層權重向量，否則退回步驟3.2；

步驟3.5、根據獲取的優化目標構造m個方案層判斷矩陣B_nm,，n為方案個數；

步驟3.6、計算方案層每個判斷矩陣的特征向量b_i＝[b_1j,…,b_ij,…,b_nj]、特征值λ_i，i表示第i(i＝1,2,…,n)個方案，b_ij為第i個方案對第j個準則的權重，按照公式CI_i＝(λ_i-n)/(n-1)計算每個判斷矩陣的一致性指標，CI_i為第i個判斷矩陣的一致性指標，并進行層次總排序；

步驟3.7、按照公式CR_i＝CI_i/RI計算方案層每個判斷矩陣的一致性比率，RI表示隨機一致性指標，參照一致性檢驗表獲得，CR_i表示第i個判斷矩陣的一致性比率，對方案層判斷矩陣進行一致性檢驗，若所有判斷矩陣的CR_i0.1，則認為方案層判斷矩陣的不一致程度在容許范圍內，通過一致性檢驗，轉至進行步驟3.8，否則退回步驟3.5；

步驟3.8、根據步驟3.6獲得的方案層判斷矩陣特征向量b_i及步驟3.3獲得的準則層判斷矩陣特征向量a計算每個方案的權重，按照公式獲取方案層的權重向量c_i＝[c₁,c₂,…,c_n]；

步驟3.9、根據獲得的方案層權重向量，對工藝參數解集進行排序，得到最佳的滾齒工藝參數解，完成滾齒工藝參數的多指標評價與決策過程。