[发明专利]一种基于动态加工特征的切削参数分段和变切深优化方法

权利要求书

1.一种基于动态加工特征的切削参数分段和变切深优化方法，其特征是首先有限元分析工件模型，获取工件的初始频率响应函数矩阵，并基于工件的工艺数据得到工件中间加工状态，然后基于加工后工件的修改矩阵及获取的工件初始频率响应函数矩阵，预测工件的实时频率响应函数，实验获取刀具刀尖点频率响应函数，进而得到中间加工状态的频率响应函数，再计算颤振稳定性叶瓣图，在叶瓣图内选择切深范围，同时考虑加工的约束条件，建立遗传算法优化模型，得到最优切深、切宽、进给和转速切削参数，切深一定时，对每一层刀轨，根据机床的运动特性优化转角处进给速度，实现切削参数分段优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态加工特征的切削参数分段和变切深优化方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1、导入工件模型，并用有限元分析，得到工件的初始频率响应函数；

步骤2、提取工件的工艺数据，包括工件的加工工艺参数信息、刀具的几何信息、机床信息、加工操作顺序以及上一步工序加工余量，所述加工工艺参数信息包括切深、切宽、转速和进给，由工艺数据得到工件中间加工状态；

步骤3、加工后工件结构改变，由几何参数改变量得到修改矩阵，基于修改矩阵和工件初始频率响应函数，预测加工过程中工件的实时频率响应函数，并由实验获取刀具刀尖点频率响应函数，进而得到中间加工状态的频率响应函数；

步骤4、根据预测的中间加工状态的频率响应函数计算颤振稳定性叶瓣图，根据稳定性叶瓣图选择稳定切削区域内切削深度范围；

步骤5、建立优化目标函数，计算约束条件，约束条件包括切削力约束、机床速度和进给率约束、切深和切宽约束、刀具刚度约束、机床功率约束以及转角进给速率约束；

步骤6、通过遗传算法，以加工效率为目标，结合约束条件，选择最优适合切深、切宽、主轴转速和进给；

步骤7、在切深一定时，对每一层刀轨，根据机床的运动特性优化转角处进给速度，在转角处根据机床的运动特性优化进给速度，在直线进给处设置机床允许的最大进给速度，实现切削参数分段优化。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于动态加工特征的切削参数分段和变切深优化方法，其特征是中间加工状态的频率响应函数的获取具体为：

工件的初始频率响应函数矩阵为：

[α]＝[[K]-ω²[M]+i[H]]^-1 (3.1)

式中，[M]，[H]，[K]分别是工件的质量矩阵，结构阻尼矩阵及刚度矩阵，ω为激励频率，i为复数的虚部表示，工件结构的改变用修改矩阵[△M]，[△H]，[△K]来表示，由此得到工件结构改变，即加工过程中的实时频率响应函数[G_workpiece(ω)]，表示为：

[G_workpiece(ω)]＝[[[K]+[△K]]-ω²[[M]+[△M]]+i[[H]+[△H]]]^-1 (3.2)

其中，[△M]，[△H]，[△K]由加工中去除材料的体积及尺寸确定；

由实验测得刀尖点频率响应函数[G_tool(ω)]，则中间加工状态的频率响应函数[G(ω)]表示为：

[G(ω)]＝[G_tool(ω)+G_workpiece(ω)] (3.3)。