[发明专利]基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法

说明书

本发明公开了一种基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法，用于解决现有进给速度优化方法加工过程平稳性差的技术问题。技术方案是以加工时间最短为优化目标，通过主轴恒功率约束，进给速度限制约束和平滑过渡约束，可以解决数控粗铣加工过程中的进给速度优化问题，保证了在变工况情况下避免刀具过度磨损以及机床主轴的振动，起到在保护机床和刀具的前提下缩短加工时间，提高加工效率的作用，并且属于离线优化，优化过程简便快捷，操作易懂，加工过程平稳。

技术领域

本发明涉及一种进给速度优化方法，特别涉及一种基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法。

背景技术

零件的切削加工过程是一个高度非线性和充满不确定性的复杂动态过程，工艺人员通常在数控编程时设定恒定的进给速度来保证加工时的工况处于合理的范围内，避免对机床和刀具造成损害，参数设定通常比较保守。然而数控加工时保持不变的进给速度在一定程度上制约了数控机床的加工效率，并且由于进给速度恒定，切削过程中切削力不断变化，这在一定程度影响了刀具和机床的使用寿命。

文献“Off-Line Feedrate Optimization Based on Simulation of CuttingForces,Key Engineering Materials,2009,vols.407-408,pp 408-411.”公开了一种基于恒定切削力仿真的离线进给速度优化方法，通过建立各个加工工序相应的铣削力优化目标模型，采用铣削力仿真的手段，预测数控铣削加工中产生的瞬时铣削力，并通过控制瞬时铣削力的变化范围，根据铣削力与进给率之间的约束关系，基于恒定铣削力来优化进给速度，达到减少加工时间和提高加工质量的要求。文献所述方法仅从铣削加工的动力学角度出发，考虑恒定切削力约束实现进给速度的离线优化，并未考虑运动学约束，切削力的恒定并不能完全反应出加工的平稳性。然而切削功率是结合了切削力以及速度，能够反映出切削加工的运动学和动力学两方面因素，能体现加工过程的平稳性。

发明内容

为了克服现有进给速度优化方法加工过程平稳性差的不足，本发明提供一种基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法。该方法以加工时间最短为优化目标，通过主轴恒功率约束，进给速度限制约束和平滑过渡约束，可以解决数控粗铣加工过程中的进给速度优化问题，保证了在变工况情况下避免刀具过度磨损以及机床主轴的振动，起到在保护机床和刀具的前提下缩短加工时间，提高加工效率的作用，并且属于离线优化，优化过程简便快捷，操作易懂，加工过程平稳。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、铣削力建模。沿刀具的轴线将铣刀切削部分离散为有限个微单元，作用在高度为dz的螺旋槽微元上的切向力、径向力和轴向力表示为：

通过变换将微元分力分解到进给(x)、法向(y)和轴向(z)：

将微元切削力沿螺旋槽参与加工部分进行积分：

在此基础上对瞬时铣削力进行积分得到每齿周期的平均铣削力：

步骤二、建立铣削功率预测模型。分析铣削加工中的微元铣削刃的功率组成，包括两部分：一部分是主轴旋转驱动的消耗功率；另一部分是进给运动所消耗的功率。其中主轴旋转消耗功率为：

进给运动消耗功率为：

对所有参与切削的微元切削刃的dP_n和dP_f进行积分得到瞬时切削功率表示为：