[发明专利]一种滚齿机床机械加工系统集成优化设计方法有效
申请号: | 202110445495.9 | 申请日: | 2021-04-23 |
公开(公告)号: | CN113110288B | 公开(公告)日: | 2022-09-27 |
发明(设计)人: | 李聪波;李娟;吴少卿;黄明利;曹宝;张金文 | 申请(专利权)人: | 重庆大学 |
主分类号: | G05B19/19 | 分类号: | G05B19/19 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 400044 *** | 国省代码: | 重庆;50 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 机床 机械 加工 系统集成 优化 设计 方法 | ||
1.一种滚齿机床机械加工系统集成优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:分析滚齿加工过程能耗特性,建立滚齿机床机械加工系统能耗模型;
步骤2:采用ANSYS Workbench刚柔耦合的方式得到机床刀位点位移数据,以电机参数和刀架托板结构参数为初始变量,以机械加工系统能耗和刀位点位移为优化目标,结合机床加工过程的约束条件,建立滚齿机床综合优化函数模型;
步骤3:以刀位点位移和能耗为优化目标,采用多目标粒子群优化算法对模型进行求解;
滚齿机床机械加工系统能耗模型为:
其中,P1为主电机输出功率,P2为伺服电机输出功率,t为机床运行时间;
滚齿机床综合优化函数模型为:
(1)优化目标
对滚齿机床加工系统进行节能优化,考虑静态性能,避免机床变形过大从而影响加工精度,选择机床能耗E与刀位点位移δ作为优化目标;
(2)初始变量
通过上述的滚齿机床机械加工系统能耗模型分析,考虑其他零部件装配关系约束难以优化与优化空间问题,以刀架托板与电机作为优化对象,选择主电机额定功率PN1、峰值功率Pmax1、额定速度nN1与伺服电机额定功率PN2、峰值功率Pmax2、额定速度nN2与刀架壳体结构参数x1,x2,x3,x4,x5;
(3)代理模型建立
选取响应面模型来构建刀架托板质量Mt的代理模型,选取径向基神经网络模型来建立刀位点位移δ的代理模型;
(4)约束条件
1)切削功率
其中,ηm为主电机在运行过程中的电机效率,m为滚刀法向模数;Z为工件齿数;ap为吃刀深度;fz为滚刀轴向进给量;vc为切削速度,vc=πdhngm/1000,ngm为滚刀转速;dh为滚刀外径;K1为工件材料修正系数;K2为工件硬度修正系数;K3为工件螺旋角修正系数;
2)电机加速功率
PSA=PSR+Js*α*ω*≤PN
式中,PSA为电机加速功率;PSR为电机轴旋转功率,和电机轴转速为一次线性关系PSR=f(n);Js*为传动系统等效到电机轴的转动惯量;α*为电机角加速度;ω*为电机角速度;
其中,fBA为变频器的基本频率;p为电机磁极对数;tA为变频器的加速时间,n*为电机加速前的初始转速;t为旋转加速持续时间;
3)机床频率
f1≤[f1]
式中,[f1]为机床固有频率。
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