[发明专利]一种面向能量效率的数控加工工艺参数多目标优化方法

摘要

为实现本发明的目的而采用的技术方案是这样的，公开了一种面向能量效率的数控加工工艺参数多目标优化方法，包括以下步骤：1)设定数控切削加工的主轴转速为n、每齿进给量为fz、背吃刀量为ap，以及侧吃刀量为ae；2)建立数控加工工艺参数多目标优化模型：minF(n，fv，ap，ae)＝(minSEC，minTp)；3)确定约束条件；4)对所述目标模型进行优化，获得minF(n，fv，ap，ae)时，对应的n、fz、ap和ae的值；5)采用步骤4)所获得的主轴转速n、每齿进给量fz、背吃刀量ap以及侧吃刀量ae对工件进行切削加工。

主权项

一种面向能量效率的数控加工工艺参数多目标优化方法，其特征在于：包括以下步骤：1)设定数控切削加工的主轴转速为n、每齿进给量为fz、背吃刀量为ap，以及侧吃刀量为ae；2)建立数控加工工艺参数多目标优化模型：min F(n，fv，ap，ae)＝(min SEC，min Tp)；其中，Tp＝tst+tair+tcutting+tct，tst为待机时间；tair为空切削时间，Lair为空切路径长度，fv是所在传动轴进给速度，fv＝nzfz，z为刀具齿数；tcutting为切削时间，L为切削路径长度；tct为换刀时间，其中，tpct表示单次磨钝换刀时间，T表示刀具寿命；SEC表示数控加工能效：SEC=EtotalMRR×tcutting]]>Etotal为机床总能耗，分两种情况：考虑全加工过程时：Etotal={Pst(tst+tpcttcuttingT)+[Pmotor+Pspindle-transmitt+Σx(Pservermotorx+Pfeed-transmittx)+Pst+Pau-machine](Lair+Lnzfz)}+ap×ae×L×[(1+c0)kc+c1(kc)2MRR]]]>仅考虑切削过程时：Etotal={[Pmotor+Pspindle-transmitt+Σx(Pservermotorx+Pfeed-transmittx)+Pst+Pau-machine](Lair+Lnzfz)}+ap×ae×L×[(1+c0)kc+c1(kc)2MRR]]]>其中，MRR表示物料去除率，对于铣削加工，MRR＝fvapae，单位mm3/min；Pst表示待机时段能耗，机床待机时段功率包括动力关联类辅助系统的功率Pau‑power、空载系统中变频器Pinverter和伺服器功率Pst=Pau-power+Pinverter+ΣxPdrivesx;]]>Pmotor表示主轴电机损耗；Pspindle‑transmitt＝a1n+a2n2表示机械传动空载损耗，a1、a2是机械传动损耗系数；表示所在传动轴伺服电机损耗；表示所在传动轴机械传动空载损耗，b1、b2是传动轴机械传动空载损耗系数；Pau‑machine是加工关联类辅助系统功率；kc是切削力系数；c0、c1为附加载荷功率Pa与切削功率Pc构成的二次函数的系数，3)确定约束条件：s.t.nmin≤n≤nmaxfv min≤fv≤fv maxPc≤ηPmaxFc≤Fc maxFc≤FsRa=318fztg(La)+ctg(Ca)<[Ra]]]>其中，nmin≤n≤nmax表示主转轴约束，nmin和nmax分别表示机床最低和最高转速；fvmin≤fv≤fvmax表示进给量约束，fvmax和fvmin分别表示机床的最快和最慢进给速度；Pc≤ηPmax表示机床的功率约束，η是机床功率有效系数，Pmax是机床最大功率；Fc表示机床的主切削力，Fc≤Fcmax表示机床的切削力约束，Fcmax表示机床所能提供的最大切削力；Fc≤Fs表示主轴刚度约束，Fs是主轴刚度所能允许的最大切削力；Ra＜[Ra]表示加工精度约束，La为刀具的前角；Ca为刀具的后角，[Ra]为工件所允许的最大表面粗糙度值；4)获得minF(n，fv，ap，ae)时，所对应的n、fz、ap和ae的值；5)采用步骤4)所获得的主轴转速n、每齿进给量fz、背吃刀量ap以及侧吃刀量ae对工件进行切削加工。