[发明专利]一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统

权利要求书

1.一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法，其特征在于，包括：

构建备选机床性能仿真优化模型，通过所述备选机床性能仿真优化模型得到备选结构指标；

对所述机床执行运转监测，得到所述机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标；

依据多个所述真实切削加工性能指标对所述备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型；

对多个所述机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于所述修正机床仿真模型，对多个所述原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标；

构建机床性能仿真模糊评价方法，并将多个所述优化结构指标分别输入所述机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，所述评价值最高的优化结构指标对应的所述原子切削加工条件作为首选切削加工条件；

依据所述首选切削加工条件，执行所述运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，将所述首选真实切削加工性能指标与所述评价值最高的优化结构指标执行比较，得到所述机床的结构指标设计优化结果；

所述备选机床性能仿真优化模型包括静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型，所述备选结构指标基于所述静态性能仿真优化模型、所述动态性能仿真优化模型和所述热变形性能仿真优化模型得到；

静态性能仿真优化模型表征如下：

；

表达式（2）中i表示转台，表示丝杠导程，表示径向轴承孔面积，表示材料密度，表示导轨直径，表示材料弹性系数，t表示油垫数量，表示齿圈负载，表示切削力；表达式（2）适用于重型机床；

动态性能仿真优化模型表征如下：

；

；

表达式（3）和（4）中表示主要结构件，包括滑枕、滑枕座、立柱、滑座、床身的密度，RV表示主要结合面，包括床身滑座结合面、立柱滑枕座结合面、滑枕座滑枕结合面处的贴面弹性模量，表示整机静动刚度，表示整机最大变形，t表示油垫数量，表示主轴端部最大变形，表示整机前阶固有频率；表示丝杠导程，表示螺母副刚度，表示径向轴承孔面积，表示位置环增益，表示速度环增益，表示平均铣削力，表示进给速度；

热变形性能仿真优化模型表征如下：

；

表达式（5）中表示降温速率，T表示参考温度，t表示油垫数量，表示最高温度，表示截止温度；

对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标，具体包括：

设置机床的机床切削加工条件一和机床切削加工条件二；

分别依据机床切削加工条件一与机床切削加工条件二对机床执行运转监测，得到真实切削加工性能指标一与真实切削加工性能指标二；

依据多个真实切削加工性能指标对备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型，具体包括：

基于机床切削加工条件一，设置备选机床性能仿真优化模型中需修正的部分备选结构指标；

机床切削加工条件一经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能一；

比较真实切削加工性能指标一，与仿真结构指标性能一，当仿真结构指标性能一与真实切削加工性能指标一之间相对误差超过20%时，修正部分备选结构指标，得到模糊修正结构指标；

基于机床切削加工条件二，调整模糊修正结构指标，得到次级修正结构指标；

机床切削加工条件二经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能二；

比较真实切削加工性能指标二，与仿真结构指标性能二，当仿真结构指标性能二与真实切削加工性能指标二之间相对误差超过20%时，设置备选机床性能仿真优化模型中需修正的参数为次级修正结构指标，并基于机床切削加工条件一对次级修正结构指标再次修正，直到不超过20%并且不超过20%，完成修正，得到修正机床仿真模型；

所述对多个所述机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于所述修正机床仿真模型，对多个所述原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标，具体包括：

根据静变形量的合理值范围[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，动变形量的合理值范围[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大应力的合理值范围[Forcemin，Forcemax]、复合运动偏差的合理值范围[MoveDemin,MoveDemax]，设定所述机床切削加工条件的合理值范围；

基于所述机床切削加工条件的合理值范围，通过均匀分布的方式，选择a个所述静变形量的取值、b个所述动变形量的取值、c个所述最大应力的取值、d个所述复合运动偏差的取值，得到P个所述原子切削加工条件，其中a，b，c，d均为正整数；

基于所述修正机床仿真模型，在P个所述原子切削加工条件下分别执行机床仿真分析，得到P个所述优化结构指标；

所述构建机床性能仿真模糊评价方法，并将多个所述优化结构指标分别输入所述机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，所述评价值最高的优化结构指标对应的所述原子切削加工条件作为首选切削加工条件，具体包括：

构建机床性能仿真模糊评价方法，并基于P个所述优化结构指标，得到P个优化结构指标评价值；

将所述P个优化结构指标评价值中最高的评价值对应的所述优化结构指标设为所述评价值最高的优化结构指标，并将所述评价值最高的优化结构指标对应的所述原子切削加工条件作为首选切削加工条件，

其中，所述首选切削加工条件的静变形水平值为Mx1、动变形水平值为DSHAPEx2、最大应力为Tx3、复合运动偏差为Px4；

所述机床性能仿真模糊评价方法FuzzyNet表达式为：

；

其中，表示隶属度，，，分别表示低变形量，中变形量与高变形量，其数值根据所述P个优化结构指标确定，m，n，p分别表示模糊评价权重因子，其数值为合理值范围[0，1]的正实数；

所述首选切削加工条件满足如下条件：

；

；

；

。

2.一种基于模糊评价的机床仿真优化设计系统，其特征在于，包括：

备选仿真优化模型构建模块：构建备选机床性能仿真优化模型，通过所述备选机床性能仿真优化模型得到备选结构指标；

运转监测模块：对所述机床执行运转监测，得到所述机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标；

修正模块：依据多个所述真实切削加工性能指标对所述备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型；

仿真拆分模块：对多个所述机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于所述修正机床仿真模型，对多个所述原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标；

首选评价模块：构建机床性能仿真模糊评价方法，并将所述P个优化结构指标分别输入所述机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，所述评价值最高的优化结构指标对应的所述原子切削加工条件作为首选切削加工条件；

优化验证模块：依据所述首选切削加工条件，执行所述运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，将所述首选真实切削加工性能指标与所述评价值最高的优化结构指标执行比较，得到机床的结构指标设计优化结果；

所述备选机床性能仿真优化模型包括静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型，所述备选结构指标基于所述静态性能仿真优化模型、所述动态性能仿真优化模型和所述热变形性能仿真优化模型得到；

静态性能仿真优化模型表征如下：

；

表达式（2）中i表示转台，表示丝杠导程，表示径向轴承孔面积，表示材料密度，表示导轨直径，表示材料弹性系数，t表示油垫数量，表示齿圈负载，表示切削力；表达式（2）适用于重型机床；

动态性能仿真优化模型表征如下：

；

；

表达式（3）和（4）中表示主要结构件，包括滑枕、滑枕座、立柱、滑座、床身的密度，RV表示主要结合面，包括床身滑座结合面、立柱滑枕座结合面、滑枕座滑枕结合面处的贴面弹性模量，表示整机静动刚度，表示整机最大变形，t表示油垫数量，表示主轴端部最大变形，表示整机前阶固有频率；表示丝杠导程，表示螺母副刚度，表示径向轴承孔面积，表示位置环增益，表示速度环增益，表示平均铣削力，表示进给速度；

热变形性能仿真优化模型表征如下：

；

表达式（5）中表示降温速率，T表示参考温度，t表示油垫数量，表示最高温度，表示截止温度；

所述对所述机床执行运转监测，得到所述机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标，具体包括：

设置所述机床的机床切削加工条件一和机床切削加工条件二；

分别依据所述机床切削加工条件一与所述机床切削加工条件二对所述机床执行运转监测，得到真实切削加工性能指标一与真实切削加工性能指标二；

所述依据多个所述真实切削加工性能指标对所述备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型，具体包括：

基于所述机床切削加工条件一，设置所述备选机床性能仿真优化模型中需修正的部分所述备选结构指标；

所述机床切削加工条件一经所述备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能一；

比较所述真实切削加工性能指标一与所述仿真结构指标性能一，当所述仿真结构指标性能一与所述真实切削加工性能指标一之间相对误差超过20%时，修正所述部分所述备选结构指标，得到模糊修正结构指标；

基于所述机床切削加工条件二，调整所述模糊修正结构指标，得到次级修正结构指标；

所述机床切削加工条件二经所述备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能二；

比较所述真实切削加工性能指标二与所述仿真结构指标性能二，当所述仿真结构指标性能二与所述真实切削加工性能指标二之间相对误差超过20%时，设置所述备选机床性能仿真优化模型中需修正的参数为所述次级修正结构指标，并基于所述机床切削加工条件一对所述次级修正结构指标再次修正，直到所述不超过20%并且所述不超过20%，完成修正，得到所述修正机床仿真模型；

所述对多个所述机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于所述修正机床仿真模型，对多个所述原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标，具体包括：

根据静变形量的合理值范围[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，动变形量的合理值范围[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大应力的合理值范围[Forcemin，Forcemax]、复合运动偏差的合理值范围[MoveDemin,MoveDemax]，设定所述机床切削加工条件的合理值范围；

基于所述机床切削加工条件的合理值范围，通过均匀分布的方式，选择a个所述静变形量的取值、b个所述动变形量的取值、c个所述最大应力的取值、d个所述复合运动偏差的取值，得到P个所述原子切削加工条件，其中a，b，c，d均为正整数；

基于所述修正机床仿真模型，在P个所述原子切削加工条件下分别执行机床仿真分析，得到P个所述优化结构指标；

所述构建机床性能仿真模糊评价方法，并将多个所述优化结构指标分别输入所述机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，所述评价值最高的优化结构指标对应的所述原子切削加工条件作为首选切削加工条件，具体包括：

构建机床性能仿真模糊评价方法，并基于P个所述优化结构指标，得到P个优化结构指标评价值；

将所述P个优化结构指标评价值中最高的评价值对应的所述优化结构指标设为所述评价值最高的优化结构指标，并将所述评价值最高的优化结构指标对应的所述原子切削加工条件作为首选切削加工条件，

其中，所述首选切削加工条件的静变形水平值为Mx1、动变形水平值为DSHAPEx2、最大应力为Tx3、复合运动偏差为Px4；

所述机床性能仿真模糊评价方法FuzzyNet表达式为：

；

其中，表示隶属度，，，分别表示低变形量，中变形量与高变形量，其数值根据所述P个优化结构指标确定，m，n，p分别表示模糊评价权重因子，其数值为合理值范围[0，1]的正实数；

所述首选切削加工条件满足如下条件：

；

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