[发明专利]一种铣削工艺参数优化方法

摘要

本发明提出了一种铣削工艺参数优化方法，属于切削加工工艺领域。该方法考虑加工设备动态行为与高速铣削过程耦合作用，以随机床主轴转速变化的铣削极限切削深度最大和单个零件加工工时最短为优化目标，建立基于切削稳定性和生产率的铣削工艺参数优化模型，并求取切削状态稳定情况下生产率最大时的铣削工艺参数组合方案作为优选的铣削工艺参数。本发明能够最大限度地提高铣削时的切削深度，减少走刀次数，获得最大生产率，同时保证切削稳定性，避免颤振；此外，本发明能够应用于高速铣削过程，完善了目前高速铣削过程不考虑加工设备动态行为与铣削工艺参数交互作用的缺陷，能够获取更优的高速铣削工艺参数。

主权项

一种铣削工艺参数优化方法，其特征在于：考虑加工设备动态行为与切削参数交互影响特性，以随机床主轴转速变化的铣削极限切削深度最大和单个零件加工工时最短为优化目标，建立基于切削稳定性和生产率的铣削工艺参数优化模型，求取切削状态稳定情况下生产率最大时的铣削工艺参数组合方案；所述铣削工艺参数优化模型满足以下关系：maxF(X)Ci(X)≤0(i=1,...,n)]]>其中，X为优化变量；F(X)为优化的目标函数，体现加工设备动态行为与铣削工艺参数交互影响特性，包含随机床主轴转速变化的最大极限切削深度和单个零件加工工时；Ci(X)≤0为约束条件；n为大于0的整数，表示约束条件的个数；所述目标函数满足以下关系：F(X)=w1alim+w21Tptw1+w2=1]]>其中，w1和w2均是权重系数，表示两个优化目标之间的相对重要程度；alim为最大极限切削深度；Tpt为所述单个零件加工工时；所述随机床主轴转速变化的最大极限切削深度满足如下关系：alim=-12KfRe{H(jω)}T=2kπ+ϵ2πfc→N=60ZTϵ=3π+2ψ→ψ=tan-1Im{H(jω)}Re{H(jω)}H(jω)=C[(jω)I-A]-1B+D′]]>其中，alim为最大极限切削深度；Kf为切削力系数，大小取决于被加工材料的性质；H(jω)是刀尖频率响应函数；Re{H(jω)}、Im{H(jω)}分别为刀尖频率响应函数的实部和虚部，j为虚数，ω为圆频率；k为工件表面产生振动波纹的整数个数；ε为当前刀齿与前一刀齿振痕之间的相位移；fc为颤振频率；N为机床主轴转速；T为刀齿切削周期；Z为刀具齿数；ψ为刀尖频率响应函数的相位移；A、B、C、D'为待定矩阵，通过子空间辨识法求出；I为单位矩阵；所述单个零件加工工时满足以下关系：其中，Tpt为单个零件加工工时；TA为加工辅助时间；Ta为调整时间；Td为更换一次刀具所需时间，Np为铣削整个切削深度所需走刀次数，D为铣刀直径，Vi为第i次走刀的铣削速度，L为铣削长度，fzi为第i次走刀的每齿进给量，Z为刀具齿数，ai为第i次走刀的切削深度，ar为切削宽度，Bm、Bh、Bp、Bt为校正系数，bv、m、ev、uv、rv、nv、qv为指数，Cv为工艺常数，λs为刃倾角。