一种车削优化方法、系统、计算机设备和存储介质技术方案

本发明专利技术适用于机械加工领域，提供了一种车削优化方法、系统、计算机设备和存储介质。一种车削优化方法，所述车削优化方法包括：根据切削的瞬态过程和稳态过程，建构瞬

【技术实现步骤摘要】
一种车削优化方法、系统、计算机设备和存储介质


[0001]本专利技术属于机械加工领域，尤其涉及一种车削优化方法、系统、计算机设备和存储介质。

技术介绍

[0002]数控车削批量加工是目前机械制造系统非常普遍的一种加工方法。合理的选择加工工艺参数既可以减少加工时间提高加工效率，同时还能够降低加工能耗减少环境污染。但是，目前的实际车削加工中，车间工人往往根据加工工艺手册以及加工经验确定最终的工艺参数，由于缺乏理论支持和对车削装备加工性能的充分了解，因此会影响数控车削装备整体性能的充分发挥。
[0003]近些年，一些学者对数控装备加工工艺参数优化的研究中，较多的在关注加工效率、加工质量以及加工成本。随着数控装备能耗问题日益受到关注，才出现了考虑绿色、低碳优化目标的研究。并且上述关于数控装备加工参数优化的研究中，对数控装备加工过程中稳态过程能耗研究较为深入，却忽视了瞬态过程能耗在加工过程中频发、功率峰值高的现象，缺乏对瞬态过程能耗的考虑。对数控装备加工效率的研究，以往研究中存在忽视整体性、目标间存在冲突等问题。
[0004]因此，综合考虑数控装备瞬
‑
稳态能耗目标及传统优化目标进行数控车削装备加工工艺参数优化是一个亟须解决的基础科学问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种车削优化方法，旨在解决由于加工工艺参数的选择不当而造成的能耗高和效率低的问题。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的，一种车削优化方法，所述车削优化方法包括：
[0007]根据切削的瞬态过程和稳态过程，建构瞬
‑
稳态综合能耗模型和切削效率模型；
[0008]选取待优化的切削变量，根据所述瞬
‑
稳态综合能耗模型和所述切削效率模型，建构切削优化模型；
[0009]设定约束条件，在所述约束条件下解出所述切削优化模型的所述切削变量；
[0010]根据优化后的所述切削变量，控制车床进行优化切削。
[0011]本专利技术实施例的另一目的在于一种车削优化系统，所述车削优化系统包括建模模块、优化模块和车削模块；
[0012]所述建模模块从所述车削模块获取瞬态过程和稳态过程的参数，建构瞬
‑
稳态综合能耗模型和切削效率模型；选取待优化的切削变量，根据所述瞬
‑
稳态综合能耗模型和所述切削效率模型，建构切削优化模型；
[0013]所述优化模块设定约束条件，在所述约束条件下解出所述切削优化模型的所述切削变量，将所述切削变量发送给所述车削模块；
[0014]所述车削模块控制车床进行优化切削。
[0015]本专利技术实施例的另一目的在于一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的车削优化方法的步骤。
[0016]本专利技术实施例的另一目的在于一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的车削优化方法的步骤。
[0017]本专利技术实施例提供的一种车削优化方法，在构建数控车削装备能耗模型时不仅考虑了加工过程中的稳态能耗还综合考虑了瞬态过程能耗，与实际情况更加吻合，能耗预测精度更高。在构建加工过程效率模型时，考虑的是整个加工过程的效率，而不是单指数控车削装备的切削过程，能够更好的体现数控车削装备的加工效率。这些都毋庸置疑的提高了模型的精度，从而使优化结果更具有参考价值，对数控装备节能减排具有较好的指导意义。
附图说明
[0018]图1为数控车削装备加工某轴类零件的功率曲线图；
[0019]图2为数控车削装备能耗模型构成图；
[0020]图3为本专利技术实施例的瞬
‑
稳态综合能耗模型的结构图；
[0021]图4为切削效率η与材料去除率MRR的对比图；
[0022]图5为本专利技术实施例中，加工的轴零件示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例中，精车外圆切削功率曲线图；
[0024]图7为NSGA
‑
II算法染色体编码方式；
[0025]图8为NSGA
‑
II算法流程图；
[0026]图9为NSGA
‑
II算法拥挤度距离示意图；
[0027]图10为本专利技术实施例中，面向高效节能的目标函数帕累托曲线；
[0028]图11为本专利技术实施例中，面向高效节能的目标优化效果图；
[0029]图12为一个实施例中，车削优化系统或装置的结构图；
[0030]图13为本专利技术实施例，解出最优加工参数的流程图；
[0031]图14为一个实施例中，车削优化方法的流程图；
[0032]图15为一个实施例中计算机设备的内部结构框图。
具体实施方式
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0034]可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本专利技术中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
[0035]可以理解，本申请所使用的术语“模型”指代数学模型。
[0036]车床加工主要用车刀对旋转的工件进行车削加工。车床主要用于加工轴、盘、套和
其他具有回转表面的回转体或非回转体工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床加工。
[0037]本实施例运用于车削加工过程。如图1所示，以某轴类零件的车削加工工艺为例，分析数控车削装备加工的基本原理和能耗特性。该零件的加工过程，主要有：
[0038]a、机床开始启动，执行待机状态；
[0039]b、数控车床的主轴由静止加速至500r/min；
[0040]c、刀具快速进给定位至刀具所要求的安全切削位置；
[0041]d、刀具以切削的进给速度缓慢靠近工件，准备加工；
[0042]e、车端面；
[0043]f、车端面过程结束后，刀具快速定位并进给至下一个切削动作；
[0044]g、车床进行粗车外圆；
[0045]h、粗车外圆结束，将主轴转速从500r/min提升至1000r/min，并快速定位；
[0046]i、进给，准备精车外圆；
[0047]j、以前者的进给速度进行精车外圆；
[0048]k、结束精车外圆并快速定位，进给到车倒角位置；
[0049]l、进行车倒角切削；
[0050]m、快速定位，主轴并减速至500r/min；
[0051]n、自动换刀；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车削优化方法，其特征在于，所述车削优化方法包括：根据切削的瞬态过程和稳态过程，建构瞬
‑
稳态综合能耗模型和切削效率模型；选取待优化的切削变量，根据所述瞬
‑
稳态综合能耗模型和所述切削效率模型，建构切削优化模型；设定约束条件，在所述约束条件下解出所述切削优化模型的所述切削变量；根据优化后的所述切削变量，控制车床进行优化切削。2.根据权利要求1所述的车削优化方法，其特征在于，建构所述瞬
‑
稳态综合能耗模型的方法包括：获取机床辅助装置的运行功率，建构辅助能耗子模型；获取空切状态下的主轴旋转功率和进给功率，建构空切能耗子模型；获取稳态切削过程中的恒材料切削功率和变材料切削功率，建构材料切削能耗子模型；根据所述辅助能耗子模型、所述空切能耗子模型和所述材料切削能耗子模型建构稳态能耗模型；根据瞬态切削状态下的主轴加速参数、快速定位参数、冷却开关参数和换刀参数，建构瞬态能耗模型；综合所述稳态能耗模型和所述瞬态能耗模型，建构所述瞬
‑
稳态综合能耗模型，所述瞬
‑
稳态综合能耗模型为：E
a
＝E
steady
+E
transient
其中，E
a
为瞬
‑
稳态综合能耗；E
steady
为稳态过程的能耗；E
transient
为瞬态过程的能耗。3.根据权利要求1所述的车削优化方法，其特征在于，建构所述切削效率模型的方法包括：建构加工过程中需去除的总体积的表达式其中，V为加工过程中需去除的工件材料体积；d为工件直径；a
p
为切削深度；l为切削长度；建构整个加工过程的加工时间T＝t
SR
+t
F
+t
CF
+t
TC
+t
SO
+t
L
+t
CFS
+t
CC
+t
MC
其中，t
SO
为执行待机时间；t
SR
为主轴加速过程时间，满足t
SR
＝t
SR1
+t
SR2
；n1、n2为分段函数的分界转速；t
SR2
为通过实验测量结合统计方法获得的时间；t
FA
为快速进给中的对应时间；t
F
为进给过程时间，l
F
为进给长度，v
f
为进给速度；t
MC
为切削过程时间，l
MC
为切削长度；建构所述切削效率模型
其中，η为切削效率。4.根据权利要求1所述的车削优化方法，其特征在于，建构所述切削优化模型的方法包括：获取所述瞬
‑
稳态综合能耗模型E
a
＝E
steady
+E
transient
其中，E
a
为瞬
‑
稳态综合能耗；E
steadv
为稳态过程的能耗；E
transient
为瞬态过程的能耗；获取所述切削效率模型其中，η为切削效率；V为加工过程中需去除的工件材料体积；T为为整个加工过程的时间；选取主轴转速n、进给量f和切削深度a
p
三个待优化的切削变量，建立所述切削优化模型的最优函数其中，所述瞬
‑
稳态综合能耗模型为E
a
＝E
a
(n，f，a
p
)；所述切削效率模型为η＝η(n，f，a
p
)。5.根据权利要求1所述的车削优化方法，其特征在于，设定所述约束条件，在所述约束条件下解出所述切削优化模型的所述切削变量的方法包括：设定主轴约束条件n
min
≤n≤n
max
；其中，n为数控车床主轴转速；n
min
为数控车床所允许的最小转速；n
max
为数控车床所允许的主轴最大转速；设定进给速度约束条件v...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾顺，王尚，陈洪，闵祥鹏，侯畋有，赵佳丽，周广锋，关义浩，张婧琰，杨扬，马乐，苏升帅，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：