[發明專利]一種基于模糊評價的機床仿真優化設計方法和系統有效
| 申請號： | 202211717281.3 | 申請日： | 2022-12-30 |
| 公開（公告）號： | CN115657598B | 公開（公告）日： | 2023-03-14 |
| 發明（設計）人： | 朱金波;鄭金輝;李兵;徐如濤 | 申請（專利權）人： | 成都航空職業技術學院 |
| 主分類號： | G05B19/19 | 分類號： | G05B19/19 |
| 代理公司： | 成都海成知識產權代理事務所(普通合伙) 51357 | 代理人： | 龐啟成 |
| 地址： | 610100 四川省*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 模糊 評價 機床 仿真 優化 設計 方法 系統 | ||
1.一種基于模糊評價的機床仿真優化設計方法，其特征在于，包括：
構建備選機床性能仿真優化模型，通過所述備選機床性能仿真優化模型得到備選結構指標；
對所述機床執行運轉監測，得到所述機床在多個機床切削加工條件下的多個真實切削加工性能指標；
依據多個所述真實切削加工性能指標對所述備選機床性能仿真優化模型執行修正，得到修正機床仿真模型；
對多個所述機床切削加工條件執行拆分處理，得到多個原子切削加工條件，基于所述修正機床仿真模型，對多個所述原子切削加工條件執行機床仿真分析，得到P個優化結構指標；
構建機床性能仿真模糊評價方法，并將多個所述優化結構指標分別輸入所述機床性能仿真模糊評價方法，得到評價值最高的優化結構指標，所述評價值最高的優化結構指標對應的所述原子切削加工條件作為首選切削加工條件；
依據所述首選切削加工條件，執行所述運轉監測，得到機床的首選真實切削加工性能指標，將所述首選真實切削加工性能指標與所述評價值最高的優化結構指標執行比較，得到所述機床的結構指標設計優化結果；
所述備選機床性能仿真優化模型包括靜態性能仿真優化模型、動態性能仿真優化模型和熱變形性能仿真優化模型，所述備選結構指標基于所述靜態性能仿真優化模型、所述動態性能仿真優化模型和所述熱變形性能仿真優化模型得到；
靜態性能仿真優化模型表征如下：
；
表達式（2）中i表示轉臺，表示絲杠導程，表示徑向軸承孔面積，表示材料密度，表示導軌直徑，表示材料彈性系數，t表示油墊數量，表示齒圈負載，表示切削力；表達式（2）適用于重型機床；
動態性能仿真優化模型表征如下：
；
；
表達式（3）和（4）中表示主要結構件，包括滑枕、滑枕座、立柱、滑座、床身的密度，RV表示主要結合面，包括床身滑座結合面、立柱滑枕座結合面、滑枕座滑枕結合面處的貼面彈性模量，表示整機靜動剛度，表示整機最大變形，t表示油墊數量，表示主軸端部最大變形，表示整機前階固有頻率；表示絲杠導程，表示螺母副剛度，表示徑向軸承孔面積，表示位置環增益，表示速度環增益，表示平均銑削力，表示進給速度；
熱變形性能仿真優化模型表征如下：
；
表達式（5）中表示降溫速率，T表示參考溫度，t表示油墊數量，表示最高溫度，表示截止溫度；
對機床執行運轉監測，得到機床在多個機床切削加工條件下的多個真實切削加工性能指標，具體包括：
設置機床的機床切削加工條件一和機床切削加工條件二；
分別依據機床切削加工條件一與機床切削加工條件二對機床執行運轉監測，得到真實切削加工性能指標一與真實切削加工性能指標二；
依據多個真實切削加工性能指標對備選機床性能仿真優化模型執行修正，得到修正機床仿真模型，具體包括：
基于機床切削加工條件一，設置備選機床性能仿真優化模型中需修正的部分備選結構指標；
機床切削加工條件一經備選機床性能仿真優化模型處理后得到仿真結構指標性能一；
比較真實切削加工性能指標一，與仿真結構指標性能一，當仿真結構指標性能一與真實切削加工性能指標一之間相對誤差超過20%時，修正部分備選結構指標，得到模糊修正結構指標；
基于機床切削加工條件二，調整模糊修正結構指標，得到次級修正結構指標；
機床切削加工條件二經備選機床性能仿真優化模型處理后得到仿真結構指標性能二；
比較真實切削加工性能指標二，與仿真結構指標性能二，當仿真結構指標性能二與真實切削加工性能指標二之間相對誤差超過20%時，設置備選機床性能仿真優化模型中需修正的參數為次級修正結構指標，并基于機床切削加工條件一對次級修正結構指標再次修正，直到不超過20%并且不超過20%，完成修正，得到修正機床仿真模型；
所述對多個所述機床切削加工條件執行拆分處理，得到多個原子切削加工條件，基于所述修正機床仿真模型，對多個所述原子切削加工條件執行機床仿真分析，得到P個優化結構指標，具體包括：
根據靜變形量的合理值范圍[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，動變形量的合理值范圍[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大應力的合理值范圍[Forcemin，Forcemax]、復合運動偏差的合理值范圍[MoveDemin,MoveDemax]，設定所述機床切削加工條件的合理值范圍；
基于所述機床切削加工條件的合理值范圍，通過均勻分布的方式，選擇a個所述靜變形量的取值、b個所述動變形量的取值、c個所述最大應力的取值、d個所述復合運動偏差的取值，得到P個所述原子切削加工條件，其中a，b，c，d均為正整數；
基于所述修正機床仿真模型，在P個所述原子切削加工條件下分別執行機床仿真分析，得到P個所述優化結構指標；
所述構建機床性能仿真模糊評價方法，并將多個所述優化結構指標分別輸入所述機床性能仿真模糊評價方法，得到評價值最高的優化結構指標，所述評價值最高的優化結構指標對應的所述原子切削加工條件作為首選切削加工條件，具體包括：
構建機床性能仿真模糊評價方法，并基于P個所述優化結構指標，得到P個優化結構指標評價值；
將所述P個優化結構指標評價值中最高的評價值對應的所述優化結構指標設為所述評價值最高的優化結構指標，并將所述評價值最高的優化結構指標對應的所述原子切削加工條件作為首選切削加工條件，
其中，所述首選切削加工條件的靜變形水平值為Mx1、動變形水平值為DSHAPEx2、最大應力為Tx3、復合運動偏差為Px4；
所述機床性能仿真模糊評價方法
；
其中，表示隸屬度，，，分別表示低變形量，中變形量與高變形量，其數值根據所述P個優化結構指標確定，
所述首選切削加工條件滿足如下條件：
；
；
；
。
2.一種基于模糊評價的機床仿真優化設計系統，其特征在于，包括：
備選仿真優化模型構建模塊：構建備選機床性能仿真優化模型，通過所述備選機床性能仿真優化模型得到備選結構指標；
運轉監測模塊：對所述機床執行運轉監測，得到所述機床在多個機床切削加工條件下的多個真實切削加工性能指標；
修正模塊：依據多個所述真實切削加工性能指標對所述備選機床性能仿真優化模型執行修正，得到修正機床仿真模型；
仿真拆分模塊：對多個所述機床切削加工條件執行拆分處理，得到多個原子切削加工條件，基于所述修正機床仿真模型，對多個所述原子切削加工條件執行機床仿真分析，得到P個優化結構指標；
首選評價模塊：構建機床性能仿真模糊評價方法，并將所述P個優化結構指標分別輸入所述機床性能仿真模糊評價方法，得到評價值最高的優化結構指標，所述評價值最高的優化結構指標對應的所述原子切削加工條件作為首選切削加工條件；
優化驗證模塊：依據所述首選切削加工條件，執行所述運轉監測，得到機床的首選真實切削加工性能指標，將所述首選真實切削加工性能指標與所述評價值最高的優化結構指標執行比較，得到機床的結構指標設計優化結果；
所述備選機床性能仿真優化模型包括靜態性能仿真優化模型、動態性能仿真優化模型和熱變形性能仿真優化模型，所述備選結構指標基于所述靜態性能仿真優化模型、所述動態性能仿真優化模型和所述熱變形性能仿真優化模型得到；
靜態性能仿真優化模型表征如下：
；
表達式（2）中i表示轉臺，表示絲杠導程，表示徑向軸承孔面積，表示材料密度，表示導軌直徑，表示材料彈性系數，t表示油墊數量，表示齒圈負載，表示切削力；表達式（2）適用于重型機床；
動態性能仿真優化模型表征如下：
；
；
表達式（3）和（4）中表示主要結構件，包括滑枕、滑枕座、立柱、滑座、床身的密度，RV表示主要結合面，包括床身滑座結合面、立柱滑枕座結合面、滑枕座滑枕結合面處的貼面彈性模量，表示整機靜動剛度，表示整機最大變形，t表示油墊數量，表示主軸端部最大變形，表示整機前階固有頻率；表示絲杠導程，表示螺母副剛度，表示徑向軸承孔面積，表示位置環增益，表示速度環增益，表示平均銑削力，表示進給速度；
熱變形性能仿真優化模型表征如下：
；
表達式（5）中表示降溫速率，T表示參考溫度，t表示油墊數量，表示最高溫度，表示截止溫度；
所述對所述機床執行運轉監測，得到所述機床在多個機床切削加工條件下的多個真實切削加工性能指標，具體包括：
設置所述機床的機床切削加工條件一和機床切削加工條件二；
分別依據所述機床切削加工條件一與所述機床切削加工條件二對所述機床執行運轉監測，得到真實切削加工性能指標一與真實切削加工性能指標二；
所述依據多個所述真實切削加工性能指標對所述備選機床性能仿真優化模型執行修正，得到修正機床仿真模型，具體包括：
基于所述機床切削加工條件一，設置所述備選機床性能仿真優化模型中需修正的部分所述備選結構指標；
所述機床切削加工條件一經所述備選機床性能仿真優化模型處理后得到仿真結構指標性能一；
比較所述真實切削加工性能指標一與所述仿真結構指標性能一，當所述仿真結構指標性能一與所述真實切削加工性能指標一之間相對誤差超過20%時，修正所述部分所述備選結構指標，得到模糊修正結構指標；
基于所述機床切削加工條件二，調整所述模糊修正結構指標，得到次級修正結構指標；
所述機床切削加工條件二經所述備選機床性能仿真優化模型處理后得到仿真結構指標性能二；
比較所述真實切削加工性能指標二與所述仿真結構指標性能二，當所述仿真結構指標性能二與所述真實切削加工性能指標二之間相對誤差超過20%時，設置所述備選機床性能仿真優化模型中需修正的參數為所述次級修正結構指標，并基于所述機床切削加工條件一對所述次級修正結構指標再次修正，直到所述不超過20%并且所述不超過20%，完成修正，得到所述修正機床仿真模型；
所述對多個所述機床切削加工條件執行拆分處理，得到多個原子切削加工條件，基于所述修正機床仿真模型，對多個所述原子切削加工條件執行機床仿真分析，得到P個優化結構指標，具體包括：
根據靜變形量的合理值范圍[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，動變形量的合理值范圍[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大應力的合理值范圍[Forcemin，Forcemax]、復合運動偏差的合理值范圍[MoveDemin,MoveDemax]，設定所述機床切削加工條件的合理值范圍；
基于所述機床切削加工條件的合理值范圍，通過均勻分布的方式，選擇a個所述靜變形量的取值、b個所述動變形量的取值、c個所述最大應力的取值、d個所述復合運動偏差的取值，得到P個所述原子切削加工條件，其中a，b，c，d均為正整數；
基于所述修正機床仿真模型，在P個所述原子切削加工條件下分別執行機床仿真分析，得到P個所述優化結構指標；
所述構建機床性能仿真模糊評價方法，并將多個所述優化結構指標分別輸入所述機床性能仿真模糊評價方法，得到評價值最高的優化結構指標，所述評價值最高的優化結構指標對應的所述原子切削加工條件作為首選切削加工條件，具體包括：
構建機床性能仿真模糊評價方法，并基于P個所述優化結構指標，得到P個優化結構指標評價值；
將所述P個優化結構指標評價值中最高的評價值對應的所述優化結構指標設為所述評價值最高的優化結構指標，并將所述評價值最高的優化結構指標對應的所述原子切削加工條件作為首選切削加工條件，
其中，所述首選切削加工條件的靜變形水平值為Mx1、動變形水平值為DSHAPEx2、最大應力為Tx3、復合運動偏差為Px4；
所述機床性能仿真模糊評價方法
；
其中，表示隸屬度，，，分別表示低變形量，中變形量與高變形量，其數值根據所述P個優化結構指標確定，
所述首選切削加工條件滿足如下條件：
；
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