[发明专利]面向能效的多工步数控铣削工艺参数多目标优化方法

摘要

本发明的目的是解决铣削加工中，由于加工工艺参数的选择不当而造成的能耗和成本高的问题。即公开一种面向能效的多工步数控铣削工艺参数多目标优化方法。通过对铣削加工过程中，主轴转速n、每齿进给量f_z、背吃刀量a_p、铣削宽度a_e和工步数m的优化，实现其发明目的。

主权项

一种面向能效的多工步数控铣削工艺参数多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)测定铣削加工过程中，主轴转速n、每齿进给量f_z、背吃刀量a_p、铣削宽度a_e和工步数m；2)建立面向能效的多工步数控铣削工艺参数多目标优化模型：minF(n,f_z,a_p,a_e,m)＝(min SEC,min C_total)其中：比能函数SEC为：$\mathrm{SEC}=\frac{E_s+E_w+\underset{i=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{\mathrm{ur}}+E_{\mathrm{uf}}+\underset{i=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{E}_c^r+E_c^f+E_{\mathrm{ct}1}+E_{\mathrm{ct}2}+\underset{i=1}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{E}_a^r+E_a^f+\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{aux}}^j{t}_c}{V};$式中，机床启动能耗E_s,机床待机能耗E_w,单步粗加工时系统空载能耗E_ur,精加工时系统空载能耗E_uf,单步粗加工切削能耗精加工切削能耗刀具磨钝时换刀能耗E_ct1，机床自动换刀时的能耗E_ct2，单步粗加工时系统附加载荷损耗精加工时系统附加载荷损耗辅助设备功率总切削时间t_c，去除材料总体积V成本函数表示为：C_total＝C_mt+C_la+C_to+C_fd+C_e；式中，机床折旧成本C_mt、人工成本C_la、刀具成本C_to、切削液成本C_fd、电能成本C_e；3)设定约束条件：约束条件①n_min≤n≤n_max，n_min和n_max分别为机床最低和最高主轴转速；约束条件②f_min≤f≤f_max，f_min和f_max分别为机床的最小和最大进给量，f进给量，在优化过程中动态变化；约束条件③和分别表示机床允许的最小和最大背吃刀量，且为每步粗加工背吃刀量，为每步精加工背吃刀量，Δ为工件总加工余量。约束条件④P_c≤ηP_max，η为机床效率，P_max表示机床额定功率；约束条件⑤T≥T_e，T_e为刀具最大经济寿命；约束条件⑥$R_a=318\frac{{f_z}^2}{\mathrm{tg}\left(L_a\right)+\mathrm{ctg}\left(C_a\right)}\≤R_{a\max },$R_a为加工后的表面粗糙度值，R_amax为表面粗糙度允许最大值，L_a为刀具前角，C_a为刀具后角；4)获得在上述约束条件下，minF(n,f_z,a_p,a_e,m)时，对应的主轴转速n、每齿进给量f_z、背吃刀量a_p、铣削宽度a_e和工步数m；5)采用步骤4)获得的参数对工件进行铣削加工。