[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

本發明公開了一種滾齒工藝參數的多目標優化與決策方法，面向廣泛關注的加工時間、滾齒質量、刀具壽命進行了多目標優化模型的構建，然后基于多目標蜻蜓算法進行迭代尋優，獲得帕累托工藝參數解，采用層次分析法對解決方案進行分層評價，最終得到評價后的滾齒工藝參數解決方案，用于指導滾齒加工。同時，區別于單一的切削參數優化，本發明還同時考慮了滾刀參數的重要性，并將刀具壽命作為考慮的優化目標之一，為滾齒工藝參數解決方案提供了更多選擇。

技術領域

本發明屬于齒輪加工技術領域，尤其涉及一種滾齒工藝參數的多目標優化與決策方法。

背景技術

由于滾齒加工的獨有特性，滾刀與齒輪工件必須進行嚴格的嚙合運動才能得到合格的成品齒輪。而滾刀的參數同樣直接影響到加工時間、加工質量、刀具壽命等，目前的滾齒工藝參數優化主要集中于切削參數的優化，很少考慮到滾刀參數所占據的重要作用。此外，企業在加工生產時通常根據既有的工藝參數案例進行經驗性的調整和更改，沒有綜合考慮滾齒加工目標對工藝參數的要求。

現有關于工藝參數優化的研究主要集中于切削參數上，對直接參與加工過程的滾刀參數考慮較少，且傳統的優化方法多集中于兩個優化目標上，尚未考慮工藝參數對刀具壽命的影響。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種滾齒工藝參數的多目標優化與決策方法，能夠基于多目標蜻蜓算法的快速尋優能力，對滾齒加工中的切削參數和滾刀參數進行同時優化，并利用層次分析法對獲得的帕累托工藝參數解進行評價和決策，為生產企業提供直接可靠的工藝參數方案，與傳統依靠經驗來決策工藝參數相比更加科學和實用。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

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，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；

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。

作為優化，構建加工時間函數模型，所述MT＝t_s+t_c+t_a+t_ct+t_au，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；