[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

专利信息
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
【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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