[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

说明书

本发明提出的一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统，通过仿真手段与试验手段的相互耦合，构建备选机床性能仿真优化模型，执行运转监测，得到机床在机床切削加工条件下的真实切削加工性能指标并对模型执行修正，切削加工条件拆分处理后执行机床仿真分析，得到优化结构指标，得到评价值最高的优化结构指标，以首选切削加工条件来执行运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，与评价值最高的优化结构指标执行比较，验证并输出机床的结构指标设计优化结果。本发明在综合考虑其材料选用、结构设计及优化的基础上，综合研究人员的工程经验，把主观定性分析和客观数据定量计算相结合，能够避免单一定性分析或定量分析导致的片面性。

技术领域

本发明涉及数控装备结构设计可靠性评估技术领域，尤其是涉及一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统。

背景技术

数控机床结构设计可靠性是指在要求规定期限内和规定的生产率下保持加工质量和实现机床用途所决定的结构设计过程的性能。也就是说，不仅要保证数控机床初始的高精度，而且要在规定的使用期限内保持其精度、效率和成本，数控机床结构设计可靠性关注的是数控机床在加工过程中功能和技术性能的保持性。数控机床结构设计可靠性评估技术是一种对数控机床结构设计可靠性进行定量化控制的必要手段之一，其主要目的是衡量数控机床是否达到预期的设计目标及使用要求，指出数控机床加工过程中的薄弱环节，为改进数控机床的设计、制造、结构设计与维护等指明方向。

由于大型数控机床本身的结构以及复杂的操作环境，机床失效的发生一般是很难被预测的，而各功能部件之间的失效影响，特征的失效概率特性，特征的失效增长以及变化的操作环境和变化的结构设计参数都增加了可靠性数据的复杂性。同时，与中、小型数控机床相比，大型数控机床不仅自身和被加工工件复杂庞大，而且加工负载变化大、加工行程大。随着用户对加工精度、加工效率和可靠性的要求越来越高，加工精度、进给速度、加速度、可靠性等加工参数也在不断提高，进而导致在传统加工条件下对加工精度影响不大的动态特性方面的因素，在高速度、高加速度和大变载的加工条件下对加工精度产生了显著的影响。

综观当前国内外研究进展与成果可知，在数控机床整机动态性能优化设计领域仍存在着以下明显的问题及亟待解决的技术难点：目前对数控装置运动控制性能的测评一般采用在数控机床上直接加工具备特定几何特征的试件,用加工得到的试件的最终几何尺寸来评判数控装置的运动控制性能，但是试件最终几何尺寸与加工精度受多方因素影响，除数控装置自身因素外，还有机床伺服进给系统位置误差、机床几何精度、以及试件的测量误差等，通过在机床上加工试件的方法不能对数控装置自身的运动控制性能作出准确地评定。将整机有限元分析结果与试验结果比对时，通常只是从机床的固有频率是否一致来判断整机建模的正确性，这样还不足以确定建立的整机动力学模型是否正确。

目前学者已经提出的模糊评价方法和灰色关联等方法能够解决在机床结构件优化设计中多方案、多评价指标难以取舍的难题，计算权重时也避免了设计人员的主观性，但缺点是评价过程结构层次不够分明，且在综合考虑机床结构件多种设计方案的质量、变形量、固有频率和应力等多项评价指标时没有提出科学系统的评价方法，本文构建的机床结构件模糊评价仿真优化设计方案可以解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统，综合考虑机床加工过程中各种因素对大型数控机床的功能和性能的影响，提高了结构设计可靠性的精确性。

第一方面，本发明提供了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，通过备选机床性能仿真优化模型得到备选结构指标；

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；

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；