[发明专利]一种基于多目标约束的刀轴矢量优化方法及系统

摘要

本发明属于铣削加工领域，并具体公开了一种基于多目标约束的刀轴矢量优化方法及系统，包括：S1根据刀轴优化需求建立多目标约束的刀轴矢量优化模型；S2对刀轴矢量优化模型进行离散得到离散后的刀轴矢量优化模型；S3将离散后的刀轴矢量优化模型转换为以局部坐标系下的变量为优化变量的刀轴矢量优化模型；S4计算刀轴矢量优化模型中无过切的刀轴可行域，并求解得到优化后的刀轴矢量。本发明可保证刀轴矢量和加工轨迹更稳定，避免刀具在加工过程中产生过切或碰撞，适用于不同参数化的工件曲面，加工精度高，加工工件表面质量好。

主权项

1.一种基于多目标约束的刀轴矢量优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1根据刀轴优化需求建立多目标约束的刀轴矢量优化模型：以刀轴稳定性和刀轴优选方向为目标，并以刀轴方向禁区和刀轴模长归一化为约束条件建立多目标约束的刀轴矢量优化模型，该多目标约束的刀轴矢量优化模型如下：其中，E(A(t))为优化模型的目标泛函，当E(A(t))的值最小时对应的刀轴矢量场即为最优的刀轴矢量场，E_s(A(t))是刀轴稳定性条件泛函表达式，E_P(A(t))是刀轴优选方向泛函表达式，t是加工轨迹曲线参数，其中t∈[0，1]，A(t)是刀轴矢量函数，g(t)是刀具加工轨迹曲线上的度规函数，p是权重系数，M(t)是预设的刀轴方向场，P(A(t))是刀轴方向禁区泛函；S2对所述刀轴矢量优化模型进行离散得到离散后的刀轴矢量优化模型：s.t.A∈P(A)  |A|＝1其中，i是第i个轨迹离散点，A_i是第i个离散点处的刀轴矢量，A_i+1是第(i+1)个离散点处的刀轴矢量，M_i是离散后的预设的刀轴优选方向，其模长设定为1，n是离散点个数，l_i+1,i是第(i+1)个离散点与第i个离散点间的弦长，l_i‑1,i是第(i‑1)个离散点与第i个离散点间的弦长；S3将离散后的刀轴矢量优化模型转换为以局部坐标系下的变量为优化变量的刀轴矢量优化模型：其中，w＝2p，分别为初始前倾角的边界约束的最小值和最大值，θ_i为第i个离散点处刀轴方向的前倾角，为第i个离散点处刀轴方向的侧倾角，const为常数，a_i为局部坐标系E_i中的刀轴方向，m_i为局部坐标系E_i中的预设方向场，为两个相邻局部空间直角坐标系的转换矩阵；S4计算刀轴矢量优化模型中无过切的刀轴可行域，并求解得到优化后的刀轴矢量，以此完成刀轴矢量的优化：(1)对进行优化得到无跟切的前倾角范围(2)获得刀轴矢量的最终优化模型：(3)求解刀轴矢量的最终优化模型得到优化后刀轴A_i的前倾角θ_i和侧倾角通过该前倾角θ_i和侧倾角即可确定优化后的刀轴矢量。