基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，主要包括以下步驟：1.將被加工毛坯零件固定機(jī)床工作臺(tái)上；2.使用恒定的切削參數(shù)加工整個(gè)零件，采用測(cè)力儀測(cè)量并記錄加工過(guò)程的切削力；3.將對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切削參數(shù)以及切削力值帶入切削力模型，求解加工軌跡對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切削深度；4.由NC代碼求解對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值，在此基礎(chǔ)上加上切削深度，獲得切削軌跡處毛坯表面形貌曲線，通過(guò)對(duì)所有軌跡進(jìn)行多項(xiàng)式插值計(jì)算即可得到毛坯的原始模型，實(shí)現(xiàn)原始模型的反求；5.利用毛坯原始模型和切削參數(shù)離線優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)毛坯不確定產(chǎn)品首道工序加工參數(shù)優(yōu)化；本發(fā)明能夠降低刀具損耗，提高加工效率，降低加工成本。
【專利說(shuō)明】
基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)反求毛坯幾何模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粗加工過(guò)程進(jìn)給速度優(yōu)化。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字化加工技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工設(shè)備逐漸被數(shù)字化加工設(shè)備所代替，較大程度的提高了加工精度和加工效率，降低了加工成本。然而小批量、多品種、多批次的生產(chǎn)模式使得數(shù)控加工中零件程序編制的工作量巨大，目前絕大多數(shù)的數(shù)字化加工設(shè)備都采用離線編程，加工參數(shù)的選取仍然依靠編程人員的經(jīng)驗(yàn)或者機(jī)床使用手冊(cè)。因此加工參數(shù)的選取往往過(guò)于保守且不夠合理，導(dǎo)致機(jī)床利用率較低，刀具磨損較快。隨著智能加工技術(shù)的發(fā)展，各種加工參數(shù)離線優(yōu)化的方法在實(shí)際生產(chǎn)中得以應(yīng)用，在一定基礎(chǔ)上提高了機(jī)床的利用率，進(jìn)一步降低了加工成本。然而，幾乎所有的優(yōu)化算法都是基于初始幾何模型確定的生產(chǎn)條件進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于鑄造零件、鍛造零件以及復(fù)雜曲面零件等毛坯的初始幾何模型不確定的毛坯零件無(wú)法優(yōu)化。另外，鍛造毛坯與鑄造毛坯表面形貌較為復(fù)雜且表層物理性能與深層差異較大，通過(guò)測(cè)量獲得準(zhǔn)確幾何模型難度較大，同時(shí)測(cè)量建模只能獲得幾何模型，無(wú)法獲得零件切削性能與刀具之間的性能匹配參數(shù)，對(duì)于該類零件目前都是采用試切的方式加工。但是由于被加工零件的初始幾何模型不確定，且不同批次的毛坯零件的尺寸差異較大，所以每次以較小的軸向切深試切，導(dǎo)致加工效率較低，同時(shí)突變的切削深度很容易引起刀具破損、斷刀等事故，導(dǎo)致產(chǎn)品加工效率較低，加工成本較高。
[0003]發(fā)明專利(CN201110067451.3)一種切削加工中進(jìn)給速度的優(yōu)化方法提出了一種典型難加工材料加工參數(shù)優(yōu)化方法，該方法利用仿真獲取刀具溫度和切削厚度、切削速度之間的經(jīng)驗(yàn)公式，然后通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式和材料去除率優(yōu)化加工參數(shù)，通過(guò)使用不同的進(jìn)給速度保證切削過(guò)程中切削厚度一致，使得刀具不會(huì)在切削寬度突變時(shí)磨損加劇，從而提高了生產(chǎn)率。但該方法都是針對(duì)已有模型進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化，對(duì)初始幾何模型不確定的加工任務(wù)無(wú)法優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)【背景技術(shù)】提出的現(xiàn)有不確定模型粗加工過(guò)程加工效率較低、刀具損耗較大所導(dǎo)致的加工成本較高的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種專門(mén)針對(duì)毛坯模型不確定產(chǎn)品粗加工過(guò)程進(jìn)給速度優(yōu)化方法。該方法通過(guò)對(duì)首件毛坯進(jìn)行試切，并記錄試切過(guò)程的切削力，然后根據(jù)切削力和NC代碼擬合初始毛坯幾何模型，并根據(jù)幾何模型進(jìn)行首道工序進(jìn)給速度優(yōu)化，該方法能夠有效的避免粗加工過(guò)程因刀具破損、斷刀等情況導(dǎo)致加工中斷，從而提高不確定模型粗加工效率，降低加工成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]所述一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:包括以下步驟:
[0007]步驟1:從同批次的被加工毛坯零件中選擇一個(gè)被加工毛坯零件，并固定在機(jī)床工作臺(tái)上；
[0008]步驟2:使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)加工被加工毛坯零件，并采用測(cè)力儀測(cè)量并記錄加工過(guò)程的切削力；
[0009]步驟3:從機(jī)床的NC代碼中提取加工軌跡，將加工軌跡分為η段，得到ao，ai，…，&?共η+1個(gè)點(diǎn)；使用切削力模型、對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切削參數(shù)以及切削力求解加工軌跡上η+1個(gè)點(diǎn)的切削深度do，di，...，dn;
[0010]步驟4:從機(jī)床的從:代碼中計(jì)算31點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值^^，2:1)，得到31點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始被加工毛還零件上的坐標(biāo)值為(Xi，yi，zi+di)，其中i=0,1，…，n;利用坐標(biāo)值(Xi，yi，zi+di)進(jìn)行多項(xiàng)式插值得到加工軌跡處毛坯表面形貌曲線;通過(guò)對(duì)所有加工軌跡處毛坯表面形貌曲線進(jìn)行擬合得到被加工毛坯零件的原始幾何模型；
[0011 ]步驟5:結(jié)合被加工毛坯零件的原始幾何模型和切削參數(shù)離線優(yōu)化方法，對(duì)被加工毛坯零件粗加工過(guò)程首道工序進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化，生成經(jīng)過(guò)優(yōu)化的NC代碼，實(shí)現(xiàn)被加工毛坯零件首道工序進(jìn)給速度優(yōu)化。
[0012]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟2中使用的預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)采用保守的切削參數(shù)。
[0013]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟2中使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)加工被加工毛坯零件時(shí)，采用未磨損刀具進(jìn)行加工。
[0014]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:在步驟2中使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)加工被加工毛坯零件前，根據(jù)被加工毛坯零件的加工材料和所使用刀具，對(duì)步驟3中使用的切削力模型中的切削力系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明所提出的基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化相結(jié)合的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本方法只需對(duì)同批次被加工毛坯零件中一件產(chǎn)品進(jìn)行試切，即可通過(guò)模型反求獲得被加工毛坯零件的初始幾何模型。
[0018]2、本方法能夠?qū)Τ跏紟缀文Ｐ筒淮_定零件的首道工序進(jìn)行優(yōu)化，能夠減少刀具的損耗，提高加工效率。
[0019]3、本方法在求解切削深度時(shí)所采用的切削力模型為已有成熟的切削力模型，計(jì)算精度較高;采用測(cè)力儀測(cè)量加工過(guò)程的切削力，測(cè)量精度較高且穩(wěn)定性較好。
[0020]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0021]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0022]圖1為本發(fā)明專利基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化相結(jié)合的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法優(yōu)化流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片鍛造毛坯粗加工過(guò)程為例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。所述實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0024]本發(fā)明基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0025]步驟1:從同批次的被加工毛坯零件中選擇一個(gè)被加工毛坯零件，并固定在機(jī)床工作臺(tái)上。
[0026]步驟2:使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)加工被加工毛坯零件，并采用測(cè)力儀測(cè)量并記錄加工過(guò)程的切削力。該步驟的作用是:使用恒定的切削參數(shù)可以減少變量，降低計(jì)算難度，測(cè)力儀能夠同時(shí)測(cè)量X Y Z三個(gè)方向的切削力，具有測(cè)力信號(hào)穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，安裝方便優(yōu)點(diǎn)。
[0027]步驟3:從機(jī)床的NC代碼中提取加工軌跡，根據(jù)精度要求，將加工軌跡分為η段，得至IJao，ai，…，&?共11+1個(gè)點(diǎn)；使用切削力模型、對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切削參數(shù)以及切削力求解加工軌跡上n+1個(gè)點(diǎn)的切削深度Ckd1,…，dn。該步驟的作用是:分段數(shù)η決定計(jì)算精度和計(jì)算速度，根據(jù)加工精度和計(jì)算速度要求選擇合適的η值，提高算法的使用范圍。
[0028]步驟4:從機(jī)床的NC代碼中計(jì)算ai點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值(Xi,yi,Zi)，得到ai點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始被加工毛還零件上的坐標(biāo)值為(Xi，yi，zi+di)，其中i=0,1，…，n;利用坐標(biāo)值(Xi，yi，zi+di)進(jìn)行多項(xiàng)式插值得到加工軌跡處毛坯表面形貌曲線;通過(guò)對(duì)所有加工軌跡處毛坯表面形貌曲線進(jìn)行擬合得到被加工毛坯零件的原始幾何模型，實(shí)現(xiàn)原始幾何模型的反求。該步驟由NC代碼獲得加工軌跡上個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的理論值，獲取方便且精度較高；多項(xiàng)式插值擬合曲線誤差較小，且算法簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。
[0029]步驟5:結(jié)合被加工毛坯零件的原始幾何模型和切削參數(shù)離線優(yōu)化方法，對(duì)被加工毛坯零件粗加工過(guò)程首道工序進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化，生成經(jīng)過(guò)優(yōu)化的NC代碼，實(shí)現(xiàn)被加工毛坯零件首道工序進(jìn)給速度優(yōu)化。該步驟使用反求模型進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化，選擇合理的切削參數(shù)，提高加工效率，降低加工成本。
[0030]本發(fā)明在步驟2使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)對(duì)被加工毛坯零件進(jìn)行試切加工時(shí)，選用比較保守的切削參數(shù)，同時(shí)選用未磨損刀具(即新刀)，其作用是:由于毛坯的初始幾何模型不確定，保守的切削參數(shù)能夠避免刀具因突變的過(guò)大的切削力而損壞；由于切削力隨刀具磨損量的增大而增大，使用新到進(jìn)行試切可以避免刀具磨損的影響，提高計(jì)算精度。
[0031]并且在步驟2試切前，根據(jù)被加工毛坯零件的加工材料和所使用刀具，對(duì)步驟3中使用的切削力模型中的切削力系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，其作用是:經(jīng)過(guò)標(biāo)定的切削力系數(shù)代表材料與刀具的耦合關(guān)系，使得切削力模型更加精確。
[0032]本發(fā)明所提出的基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化相結(jié)合的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法適用于鑄造毛坯、鍛造毛坯、復(fù)雜曲面等既不確定初始幾何模型，而且初始幾何模型也難以測(cè)量的毛坯的首道工序加工過(guò)程切削參數(shù)優(yōu)化，通過(guò)對(duì)毛坯粗加工過(guò)程進(jìn)行切削參數(shù)優(yōu)化，減少粗加工過(guò)程刀具損耗，提高毛坯粗加工的加工效率，降低加工成本。
[0033]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:從同批次的被加工毛坯零件中選擇一個(gè)被加工毛坯零件，并固定在機(jī)床工作臺(tái)上； 步驟2:使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)加工被加工毛坯零件，并采用測(cè)力儀測(cè)量并記錄加工過(guò)程的切削力； 步驟3:從機(jī)床的NC代碼中提取加工軌跡，將加工軌跡分為η段，得到ao ,ai,-", an*n+l個(gè)點(diǎn);使用切削力模型、對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切削參數(shù)以及切削力求解加工軌跡上n+1個(gè)點(diǎn)的切削深度do’di，…，dn; 步驟4:從機(jī)床的NC代碼中計(jì)算ai點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值(Xi，yi, Zi)，得到ai點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始被加工毛還零件上的坐標(biāo)值為(xi，yi，zi+di)，其中i=0,1，…，n;利用坐標(biāo)值(xi，yi，zi+di)進(jìn)行多項(xiàng)式插值得到加工軌跡處毛坯表面形貌曲線;通過(guò)對(duì)所有加工軌跡處毛坯表面形貌曲線進(jìn)行擬合得到被加工毛坯零件的原始幾何模型； 步驟5:結(jié)合被加工毛坯零件的原始幾何模型和切削參數(shù)離線優(yōu)化方法，對(duì)被加工毛坯零件粗加工過(guò)程首道工序進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化，生成經(jīng)過(guò)優(yōu)化的NC代碼，實(shí)現(xiàn)被加工毛坯零件首道工序進(jìn)給速度優(yōu)化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟2中使用的預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)采用保守的切削參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:步驟2中使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)加工被加工毛坯零件時(shí)，采用未磨損刀具進(jìn)行加工。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)切削力數(shù)據(jù)與離線優(yōu)化的粗加工進(jìn)給速度優(yōu)化方法，其特征在于:在步驟2中使用預(yù)先設(shè)定的切削參數(shù)加工被加工毛坯零件前，根據(jù)被加工毛坯零件的加工材料和所使用刀具，對(duì)步驟3中使用的切削力模型中的切削力系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。
【文檔編號(hào)】G05B19/416GK106020132SQ201610397921
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】羅明, 張定華, 張仲璽, 吳寶海, 羅歡, 李濤
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)