[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

本發明提出的一種基于模糊評價的機床仿真優化設計方法和系統，通過仿真手段與試驗手段的相互耦合，構建備選機床性能仿真優化模型，執行運轉監測，得到機床在機床切削加工條件下的真實切削加工性能指標并對模型執行修正，切削加工條件拆分處理后執行機床仿真分析，得到優化結構指標，得到評價值最高的優化結構指標，以首選切削加工條件來執行運轉監測，得到機床的首選真實切削加工性能指標，與評價值最高的優化結構指標執行比較，驗證并輸出機床的結構指標設計優化結果。本發明在綜合考慮其材料選用、結構設計及優化的基礎上，綜合研究人員的工程經驗，把主觀定性分析和客觀數據定量計算相結合，能夠避免單一定性分析或定量分析導致的片面性。

技術領域

本發明涉及數控裝備結構設計可靠性評估技術領域，尤其是涉及一種基于模糊評價的機床仿真優化設計方法和系統。

背景技術

數控機床結構設計可靠性是指在要求規定期限內和規定的生產率下保持加工質量和實現機床用途所決定的結構設計過程的性能。也就是說，不僅要保證數控機床初始的高精度，而且要在規定的使用期限內保持其精度、效率和成本，數控機床結構設計可靠性關注的是數控機床在加工過程中功能和技術性能的保持性。數控機床結構設計可靠性評估技術是一種對數控機床結構設計可靠性進行定量化控制的必要手段之一，其主要目的是衡量數控機床是否達到預期的設計目標及使用要求，指出數控機床加工過程中的薄弱環節，為改進數控機床的設計、制造、結構設計與維護等指明方向。

由于大型數控機床本身的結構以及復雜的操作環境，機床失效的發生一般是很難被預測的，而各功能部件之間的失效影響，特征的失效概率特性，特征的失效增長以及變化的操作環境和變化的結構設計參數都增加了可靠性數據的復雜性。同時，與中、小型數控機床相比，大型數控機床不僅自身和被加工工件復雜龐大，而且加工負載變化大、加工行程大。隨著用戶對加工精度、加工效率和可靠性的要求越來越高，加工精度、進給速度、加速度、可靠性等加工參數也在不斷提高，進而導致在傳統加工條件下對加工精度影響不大的動態特性方面的因素，在高速度、高加速度和大變載的加工條件下對加工精度產生了顯著的影響。

綜觀當前國內外研究進展與成果可知，在數控機床整機動態性能優化設計領域仍存在著以下明顯的問題及亟待解決的技術難點：目前對數控裝置運動控制性能的測評一般采用在數控機床上直接加工具備特定幾何特征的試件,用加工得到的試件的最終幾何尺寸來評判數控裝置的運動控制性能，但是試件最終幾何尺寸與加工精度受多方因素影響，除數控裝置自身因素外，還有機床伺服進給系統位置誤差、機床幾何精度、以及試件的測量誤差等，通過在機床上加工試件的方法不能對數控裝置自身的運動控制性能作出準確地評定。將整機有限元分析結果與試驗結果比對時，通常只是從機床的固有頻率是否一致來判斷整機建模的正確性，這樣還不足以確定建立的整機動力學模型是否正確。

目前學者已經提出的模糊評價方法和灰色關聯等方法能夠解決在機床結構件優化設計中多方案、多評價指標難以取舍的難題，計算權重時也避免了設計人員的主觀性，但缺點是評價過程結構層次不夠分明，且在綜合考慮機床結構件多種設計方案的質量、變形量、固有頻率和應力等多項評價指標時沒有提出科學系統的評價方法，本文構建的機床結構件模糊評價仿真優化設計方案可以解決這一問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于模糊評價的機床仿真優化設計方法和系統，綜合考慮機床加工過程中各種因素對大型數控機床的功能和性能的影響，提高了結構設計可靠性的精確性。

第一方面，本發明提供了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，通過備選機床性能仿真優化模型得到備選結構指標；

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；

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；