[发明专利]一种基于NPSO算法的容屑槽加工砂轮位姿求解方法

说明书

本发明提出了一种基于NPSO算法的容屑槽加工砂轮位姿求解方法，属于数控刀具制造领域，用于整体式刀具容屑槽刃磨工艺的制定。首先，基于容屑槽不同刃磨精度需求，建立了描述砂轮位姿是否合适的目标函数；其次，根据实际经验设置了砂轮初始位姿参数；然后，根据砂轮位姿对容屑槽结构的影响程度，设置了砂轮位姿更新速度；最后通过NPSO算法求解获得砂轮位姿参数。本发明方法在已知砂轮形状和容屑槽形状的条件下，实现砂轮位姿参数的快速、精确求解，为整体刀具容屑槽刃磨工艺的制定提供技术和方法支撑，经实际验证，该方法具有较高的鲁棒性和可靠性。

技术领域

本发明涉及整体刀具制造领域，具体为一种基于NPSO算法的容屑槽加工砂轮位姿求解方法。

背景技术

容屑槽是整体立铣刀、钻头等刀具关键结构之一，不同的被加工材料及结构特征需设计与之相匹配的刀具容屑槽形状，形状尺寸各异的容屑槽不断涌现，高效高精度的容屑槽制造工艺成为整体数控刀具制造的核心技术之一。容屑槽通过砂轮刃磨成形，主要刃磨策略可分为两类：其一，设计与容屑槽相匹配的成形砂轮，采用成形砂轮生产制造所需容屑槽，其二，采用标准砂轮，通过五轴联动数控工件磨床调整成形砂轮位姿，制造所需容屑槽。成形砂轮制造精度高，但同时具有高成本、高周期的特点。根据砂轮形状合理设置砂轮位姿，进而获得容屑槽设计形状是降低整体刀具生产成本和周期的重要方法。现有砂轮位姿求解方法通常采用循环迭代思想，较难保证求解精度，且对复杂形状容屑槽适应性较差。为此，本发明提出了一种基于NPSO的砂轮位姿求解智能算法。

发明内容

发明目的：为解决基于标准砂轮的容屑槽刃磨砂轮位姿求解难题，本发明提出了一种基于NPSO算法的容屑槽加工砂轮位姿求解方法。

技术方案：一种基于NPSO算法的容屑槽加工砂轮位姿求解方法，包括以下步骤：

(1)建立描述砂轮位姿参数是否合适的目标函数；

(2)设置砂轮初始位姿参数及位姿更新速度；

(3)通过NPSO算法对砂轮位姿参数进行求解。

步骤(1)中的目标函数为：

其中，γ₀、φ、r_c分别为目标容屑槽的前角、槽宽、芯径，x_i为砂轮位姿参数矩阵，f_γ0(x_i)、f_φ(x_i)、分别为砂轮在位姿x_i时加工获得容屑槽的前角、槽宽、芯径，f_dist(j)为描述容屑槽的第j个计算点与目标点之间的距离，n_core为芯径点序号，n为容屑槽端截面线点的个数，u()为罚函数，α₁,α₂,α₃,α₄,α₅为协调系数。

进一步地，砂轮位姿参数矩阵x_i＝[Δαx,Δx,Δy,Δz]，其中，Δαx、Δx、Δy、Δz分别为砂轮从刀具坐标系原点处绕刀具坐标系X_T轴旋转角度以及沿刀具坐标轴X_T、Y_T、Z_T移动距离。

进一步地，步骤(2)中砂轮初始位姿参数设置为：

其中，Δαx取值为容屑槽螺旋角减5°，Δx取值为砂轮半径加r_c/2，Δy取值为-r_c/2，Δz取值为容屑槽导程值的一半，rand()为[0,1]范围内的随机数，k为迭代次数，n_p为种群中粒子个数。

步骤(2)中砂轮初始位姿更新速度为：