[發明專利]考慮加工精度可靠性的薄板類零件加工工藝參數優化方法

有效

• 申請號: 202110464103.3
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113189948B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 崔佳斌;李聰波;李娟;曹寶;吳少卿;王寧波
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種考慮加工精度可靠性的薄板類零件加工工藝參數優化方法，包括以下內容：在分析薄板類零件加工過程中加工變形特性的基礎上，建立平均變形誤差、加工時間、加工精度可靠性模型。然后構建以平均變形誤差、加工時間為目標，以時變可靠性和工藝條件為約束的薄板類零件加工工藝參數優化模型，然后采用一種元啟發式優化算法進行雙循環優化求解。最后基于具體實例，進行多目標優化仿真，實現平均變形誤差與加工時間之間的平衡，用于指導企業實際生產。

技術領域

本發明涉及機械切削加工領域，具體涉及數控加工工藝參數優化方法。

背景技術

隨著制造技術的發展，對零件的加工質量提出了越來越高的要求。薄板類零件由于其結構緊湊、重量輕、強重比高等優勢，被廣泛應用。然而，此類零件有著厚度薄、剛度低等突出特點，在制造過程中容易產生較大的加工變形，從而降低產品的使用性能和加工效率。因此，研究和優化控制薄板類零件的加工變形具有重要意義。國內外學者針對薄板類零件的加工變形誤差優化控制進行了大量的研究。一部分學者基于加工變形預測模型，利用實時誤差補償手段達到控制加工誤差的目的。然而，補償手段在實際生產中需要修改大量代碼，加工復雜性提高。因此，一些學者通過優化工藝參數實現加工變形誤差的控制。然而，改進的加工參數可能會落入失效區，無法滿足加工精度可靠度。故本方法考慮工件加工變形動態誤差以及機床運動誤差等不確定性因素，開展薄板類零件加工精度可靠性分析和銑削加工工藝參數優化設計。首先，利用有限元法對薄板件加工過程進行仿真，基于仿真數據構建加工變形誤差預測模型，并建立考慮加工變形動態誤差的銑削加工精度可靠性模型。其次，建立以加工效率和平均加工變形誤差為優化目標、期望加工精度可靠度和機床加工條件為約束的工藝參數優化設計模型，并利用多目標優化算法進行求解，獲得滿足期望加工精度可靠性的最優工藝參數組合。

發明內容

本發明提供一種考慮加工精度可靠性的薄板類零件加工工藝參數優化方法。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，即考慮加工精度可靠性的薄板類零件加工工藝參數優化方法，包括以下內容：

步驟1：分析薄板類零件加工過程中加工變形特性，建立平均變形誤差、加工時間、加工精度可靠性模型；

步驟2：建立以平均變形誤差、加工時間為目標，以時變可靠性和工藝條件為約束的薄板類零件加工工藝參數優化模型；

步驟3：采用一種元啟發式優化算法進行雙循環優化求解。

優選地，步驟1中平均變形誤差模型建模如下：

其中，Y_mean為平均變形誤差，N為采樣點個數，Y為加工變形， t_i為第i個加工時刻，p(t_i)為實時加工位置，由工藝方案決定，n為主軸轉速、f為進給速度、a_p為軸向切削深度、a_e為徑向切削深度。

1)如圖1所示，工件尺寸為a×b×h，其任意一點C的剛度K_C可表示為公式：

K_C＝k(E,C,a,b,h)

其中，E為彈性模量；C為加工位置；a,b,h分別為工件的設計長度、寬度和厚度。

加工過程中，薄板類零件的變形主要由Z向銑削力F_Z引起，Z向切削力為：

F_Z＝h(n,f,a_p,a_e)

加工變形Y可以表示為:

由于切削加工是一個動態過程，加工位置可以被表示為關于加工時間的函數p(t)＝{x(t),y(t)}。