[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于NPSO算法的容屑槽加工砂轮位姿求解方法，其特征在于，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；所述步骤(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；砂轮位姿参数矩阵xi＝[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XT轴旋转角度以及沿刀具坐标轴XT、YT、ZT移动距离；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rc/2，Δy取值为‑rc/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，np为种群中粒子个数；步骤(2)中砂轮初始位姿更新速度为：其中，[vΔαx,vΔx,vΔy,vΔz]T＝[1,1,1,1]T，vΔαx、vΔx、vΔy、vΔz分别为Δαx、Δx、Δy、Δz对应的更新速度；步骤(3)的NPSO算法中，每轮迭代计算并评估每个粒子的适应度值f_obj^k,i(x_i)，更新当前个体最优解和邻域最优解其中，k为迭代次数，i＝1,…,n_p，n_p为种群中粒子个数，i＝1时，i‑1取n_p，i＝n_p时，i+1取1；步骤(3)的NPSO算法中，根据如下公式更新每个粒子速度和位置：式中，ω为惯性权重，k为迭代次数，λ1和λ2为加速常数；采用线性减小惯性权重策略，ω(k)＝ωmax‑(ωmax‑ωmin)·k/nk，其中ωmax为最大惯性权重，ωmin为最小惯性权重，nk为最大迭代次数。