[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

说明书

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，首先用有限元软件分析工件模型，获取工件的初始频率响应函数，基于工件的工艺信息得到工件中间加工状态，然后基于工件结构改变后的修改矩阵及获取的工件初始频率响应函数，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，计算中间加工状态的频率响应函数，进而建立稳定性叶瓣图，在叶瓣图内选择切深范围和转速范围，同时考虑其余约束条件，基于遗传算法建立优化模型，然后根据机床的运动特性优化转角处进给速度。本发明基于动态加工特征优化切削参数，保证加工质量并提高了加工效率，并且由于分段优化过程考虑了机床动态特性，保证了机床运动的平稳性。

技术领域

本发明属于数控加工技术领域，涉及对加工工件的切削参数优化方法，为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。

背景技术

飞机结构件具有尺寸大、富含薄壁结构、材料去除高、加工精度高等特点，由于以上特点的存在，飞机结构件数控加工一直是个难题。在飞机结构件的数控加工过程中，常常存在由于切削参数选择不当而引起工件变形、颤振的问题，严重时造成工件报废。在实际生产中，为了保证加工质量，一般选用保守的切削参数加工，却降低了生产效率。进一步的，对于复杂结构特征，加工变形与颤振问题仍然难以避免。

由于切削参数在加工中的重要性，近几十年，切削参数优化在传统加工中一直是一个比较热门的研究。最初，大多数切削参数选择的方法是基于经验；现在，实验方法被广泛应用于一些特殊的加工状态以获得切削参数，另外有基于人工智能算法进行切削参数优化，包括基于神经网络的优化方法和基于遗传算法的优化方法，对切削速度、切深、转速多目标进行优化，并考虑切削力、切削功率、刀具寿命的约束。

加工过程中存在切削力和工艺稳定等影响参数优化的因素，W.X.Tang等人的论文“Prediction of chatter stability in high-speed finishing end millingconsidering multi-mode dynamics.journal of materials processing technology,2009,209(5):2585-2591.”中，建立了切削力和工艺稳定的分析模型，并被应用于切削参数优化过程；Alan等人的论文“Analytical Prediction of Part Dynamics for MachiningStability Analysis.International Journal of Automation Technology(SpecialIssue on Mod&Sim Cutting Process，2010，4(3):259–267.”中，考虑了加工工艺的改变，在不同切削深度处，预测工件动态特性，构建稳定区域，并在加工稳定的约束下，选定一个主轴转速，使切深在一定范围内变化。

但上述基于经验或实验获取参数，一般只适用于简单的工件，并且得到的参数比较保守，成本高、花费时间长；人工智能算法，有些算法容易形成局部优化或得不到最优解，而且一般都是针对工件的最终状态，很少考虑工件的中间状态；基于稳定域的切削参数优化，一般直接在稳定域区间内取点，并没有考虑切削参数的AI算法优化。

在数控加工过程中，恒定的进给速度会影响机床运动的平稳性，同时在加工时，不能充分利用机床的性能，严重影响了加工效率，尤其是在转角加工时，进给速度方向急剧变化会导致机床的平稳性下降。为了提高加工效率，增强机床的平稳性，需根据机床的运动特性对转角加工速度进行优化。

发明内容

本发明要解决的问题是：在飞机结构件的数控加工过程中，对切削参数选择不当会引起工件变形、颤振的问题，现有技术的解决方案不能满足需求，加工效率低，机床的平稳性不足，需根据机床的运动特性进行优化。