[发明专利]基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法

摘要

本发明公开了一种基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法，用于解决现有进给速度优化方法加工过程平稳性差的技术问题。技术方案是以加工时间最短为优化目标，通过主轴恒功率约束，进给速度限制约束和平滑过渡约束，可以解决数控粗铣加工过程中的进给速度优化问题，保证了在变工况情况下避免刀具过度磨损以及机床主轴的振动，起到在保护机床和刀具的前提下缩短加工时间，提高加工效率的作用，并且属于离线优化，优化过程简便快捷，操作易懂，加工过程平稳。

主权项

1.一种基于主轴恒功率约束的进给速度优化方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一、铣削力建模；沿刀具的轴线将铣刀切削部分离散为有限个微单元，作用在高度为dz的螺旋槽微元上的切向力、径向力和轴向力表示为：/n /n通过变换将微元分力分解到进给(x)、法向(y)和轴向(z)：/n /n将微元切削力沿螺旋槽参与加工部分进行积分：/n /n在此基础上对瞬时铣削力进行积分得到每齿周期的平均铣削力：/n /n步骤二、建立铣削功率预测模型；分析铣削加工中的微元铣削刃的功率组成，包括两部分：一部分是主轴旋转驱动的消耗功率；另一部分是进给运动所消耗的功率；其中主轴旋转消耗功率为：/n /n进给运动消耗功率为：/n /n对所有参与切削的微元切削刃的dP_n和dP_f进行积分得到瞬时切削功率表示为：/nP_瞬时＝P_n+P_f＝∫dP_n+∫dP_f (7)/n在此基础上对其积分建立一个周期内的平均功率为：/n /n步骤三、铣削力系数标定，完善铣削功率预测模型；进行不同进给速度下的铣槽实验，并用测力仪采集其X,Y方向上的铣削力数据，通过对这些数据进行线性回归计算出其相应的切削力系数和刃口力系数：/n /n步骤四、验证铣削功率预测模型的正确性与精确性；分别设计并进行变进给速度、变转速、变切深工况下的铣槽实验，用功率采集软件读取机床的主轴功率，将上述参数代入功率预测模型计算预测功率，与实验采集功率对比，验证其功率预测模型的精确性；对于误差较大的情况，对功率模型进行相应的线性修正以确保功率模型与实际铣削加工的吻合性；/n步骤五、建立恒功率约束下进给速度优化模型；/n(1)优化目标；/n优化对象为粗加工铣削，优化目标为加工效率，加工效率直接由铣削加工的加工时间体现出来：/nt＝t_min (10)/n(2)约束条件；/n1)恒功率约束；对于铣削加工过程中单次走刀铣削过程，在变切深的工况下，使其铣削功率保持在一个均衡的范围区间内；P_obj不超过原始G代码加工时产生的最大功率值；因此恒功率约束满足条件：/n /n2)进给速度限制约束；进给速度的增加满足机床的最大进给速度限制；因此进给速度约束满足：/nf＜f_max (12)/n3)进给速度平滑过渡；数控铣削中进给速度的剧烈变化会一定程度上影响刀具寿命，并且频繁换刀也会影响加工精度，进给速度变化时必须以平滑的速度过渡，需要满足机床的加减速距离小于刀具的移动距离：/n /n步骤六、通过试切采集铣削加工过程的原始功率数据，作为优化的数据输入；/n步骤七、通过分析功率数据，给定目标功率值P_obj，运用步骤五建立的恒功率约束下进给速度优化模型通过上述建立的铣削功率模型，反求加工程序中每一行NC程序的进给速度f值，将优化后的进给速度值写入NC程序中得到优化后的NC程序；/n步骤八、通过步骤七初步优化得到的进给速度能使铣削加工的功率基本保持恒定，在进给一个刀具半径的范围内设置每进给1mm对应一个相应的进给速度值，切入时优化后进给速度具体计算如下式：/n /n同理切出时进给速度为：/n /n式中Δf表示第一次优化后前一进给速度与后一进给速度差值；s表示进给距离；/n步骤九、将步骤八得到的二次精细优化后NC程序写入数控机床，再次进行铣削加工，采集相应的主轴功率数据，分析加工过程主轴功率是否保持恒定，以及加工时间，达到满意的优化结果。/n