[发明专利]基于物理仿真的数控加工优化系统及方法

权利要求书

1.一种基于物理仿真的数控加工优化系统，其特征在于，包括依次连接的输入模块、代码解析与几何仿真模块、物理仿真模块、优化模块和输出模块，以及与物理仿真模块相连的切削力模型数据库模块，其中：输入模块将读取的数控路径文件以及物理信息传输至代码解析与几何仿真模块，代码解析与几何仿真模块将解析和仿真确定的全工艺周期的参数信息传输至物理仿真模块，物理仿真模块根据该参数信息结合切削力系数模型数据库模块中的切削力系数计算得到全工艺周期的切削力并传输至优化模块，优化模块将接收的切削力经优化过程生成新加工代码并传输至输出模块，输出模块将新加工代码转化为机床能直接读取的数控代码进行输出；

所述的优化过程具体是根据实际加工需要设定切削力优化目标阈值，通过优化算法实现优化进给、消除空切和减轻颤振；所述的优化算法具体是：根据实际选择切削力经验模型和切削力微元模型中平均拟合方差小的模型用以调整切削力；

所述的切削力经验模型的公式为F＝c×a_pxF^y，其中：c、y分别是与被加工材料和加工工艺系统有关的常数，a_p是数控代码控制下刀具的切削深度，F是数控代码设定的进给速度；

所述的切削力微元模型的公式为其中：dF_t是在切向上的微元切削力，dF_r是在径向上的微元切削力，dF_a是在轴向上的微元切削力，db和dl是微元模型中切削宽度和切削长度，K_tc、K_rc和K_ac分别是切向、径向和轴向剪切力的切削系数，K_te、K_re和K_ae分别是切向、径向和轴向耕犁力的切削系数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的全工艺周期的切削力的是运用经验证试验从微元模型和经验模型中确定的更拟合实际切削力的模型计算得到。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的消除空切路径具体是通过物理仿真获得数控路径中没有切削力存在的区域，在进入该区域后设置安全距离，当刀具通过安全距离后再提速以在确保安全的情况下缩短加工时间。

4.根据权利要求1～3中任一所述的系统，其特征是，所述的物理信息包括：工件信息、刀具信息和材料信息。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征是，所述的参数信息包括：切削深度、切削宽度、主轴转速、材料信息、路径信息和时间信息。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的输出模块还输出优化信息；所述的优化信息具体包括：优化前、后的加工时间和优化比例。

7.一种基于权利要求1～6中任一所述系统的基于物理仿真的数控加工优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)切削力模型数据库模块通过切削试验确定微元切削模型中的材料的系数；

2)输入模块读取数控代码文件并输入物理信息；

3)代码解析与几何仿真模块对步骤2)的数控代码进行解析和仿真并确定全工艺周期内的参数信息；

4)物理仿真模块调用步骤3)中的参数信息并结合步骤1)中的数据，采用微元切削模型法计算全工艺周期每一时刻的切削力；

5)优化模块根据步骤4)得到的切削力判别加工状态，再根据实际加工需要设定切削力优化目标阈值和进给的变化范围，通过反向求得加工代码中的进给并生成新代码；

6)输出模块将步骤5)的新代码转化为机床能够直接读取的数控加工程序格式输出。