[发明专利]一种滚齿机床机械加工系统集成优化设计方法

权利要求书

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P_N1、峰值功率P_max1、额定速度n_N1与伺服电机额定功率P_N2、峰值功率P_max2、额定速度n_N2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M_t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，η_m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；a_p为吃刀深度；f_z为滚刀轴向进给量；v_c为切削速度，v_c＝πd_hn_gm/1000，n_gm为滚刀转速；d_h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

P_SA＝P_SR+J_s^*α^*ω^*≤P_N

式中，P_SA为电机加速功率；P_SR为电机轴旋转功率，和电机轴转速为一次线性关系P_SR＝f(n)；J_s^*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，f_BA为变频器的基本频率；p为电机磁极对数；t_A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。