本發(fā)明涉及航空制造數(shù)控加工領(lǐng)域，具體是一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削效率主要影響因子提取方法。

背景技術(shù)：

目前在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削領(lǐng)域，如何高效加工成為衡量飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造水平的一個(gè)重要指標(biāo)。高效數(shù)控銑削依賴于所使用的工藝方法，工藝方法的改進(jìn)能夠直接提高加工效率，減少加工時(shí)間，進(jìn)而降低加工制造成本。但由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工過程涉及影響因素廣泛，各要素間往往存在復(fù)雜的內(nèi)部關(guān)聯(lián)，影響效果呈非線性，且不同結(jié)構(gòu)類型零件的關(guān)鍵影響因子不同，導(dǎo)致采用仿真計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，耗費(fèi)時(shí)間長，優(yōu)化結(jié)果偏差較大，優(yōu)化效果難以滿足實(shí)際要求。

目前，針對(duì)加工工藝優(yōu)化問題，通常采用人工判斷方法，提取影響加工效率的關(guān)鍵影響因子，再根據(jù)工藝人員實(shí)際的工藝經(jīng)驗(yàn)對(duì)影響因子進(jìn)行調(diào)整和更改，導(dǎo)致工藝經(jīng)驗(yàn)繼承困難，零件加工效率波動(dòng)大等問題。因此急需一種面向飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削領(lǐng)域的加工效率影響因子提取方法，這種方法能快速提取飛機(jī)結(jié)構(gòu)件銑削效率主要影響因子，同時(shí)改變依賴人工的工藝經(jīng)驗(yàn)繼承現(xiàn)狀。

如專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110444386.1，申請(qǐng)日為2011.12.27，名稱為“一種基于切削激勵(lì)的機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)比例因子獲取方法”的發(fā)明專利，其具體內(nèi)容如下：一種基于切削激勵(lì)的機(jī)床結(jié)構(gòu)模態(tài)比例因子獲取方法，包括：選擇脈沖切削方式，脈沖切削方式包括銑削、車削和鏜削凸臺(tái)，建立與脈沖切削方式對(duì)應(yīng)的切削力模型，根據(jù)切削力模型生成切削參數(shù)，并隨機(jī)生成凸臺(tái)參數(shù)，根據(jù)切削參數(shù)和凸臺(tái)參數(shù)計(jì)算切削力的自功率譜，并判斷自功率譜的頻寬是否覆蓋期望的頻帶范圍，判斷自功率譜的能量是否大于一閾值能量，若能量大于閾值能量，則根據(jù)所選的切削參數(shù)生成數(shù)控指令代碼，以控制機(jī)床加工待切削試件，測(cè)量機(jī)床的響應(yīng)信號(hào)，并計(jì)算響應(yīng)信號(hào)的互功率譜矩陣，根據(jù)響應(yīng)信號(hào)的互功率譜矩陣?yán)米钚《藦?fù)頻域法計(jì)算系統(tǒng)極點(diǎn)以及模態(tài)振型向量。

上述專利是建立在脈沖切削方式的基礎(chǔ)上，即必須加工切削試件，得到是加工該切削試件的機(jī)床的模態(tài)比例因子，最終結(jié)果歸屬于機(jī)床層面。上述專利的影響因子分析方法主要是“最小二乘復(fù)頻域法”，上述專利過于依賴人工判斷，并且耗費(fèi)時(shí)間長，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決解決了傳統(tǒng)方法加工影響因子提取過度依賴人工判斷，耗費(fèi)時(shí)間長，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的問題，本發(fā)明提出一種快捷可靠，準(zhǔn)確度高，針對(duì)性強(qiáng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削效率主要影響因子提取方法。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削效率主要影響因子提取方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：計(jì)算結(jié)構(gòu)件銑削加工效率，建立結(jié)構(gòu)件銑削加工效率樣本庫；為保證提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，樣本庫應(yīng)涵蓋所有的典型零件。

所述步驟1中銑削加工效率包括粗加工材料去除率和精加工表面成型率兩部分，根據(jù)實(shí)際加工參數(shù)計(jì)算，具體計(jì)算方法如下：

步驟1.1:按式(1)計(jì)算粗加工材料去除率MRR(Material Remove Rate)

式中:

V‐粗加工材料去除體積，單位為mm³；

T_r‐粗加工時(shí)間，單位為min；

步驟1.2:按式(2)計(jì)算精加工表面成型率SFR(Surface Figuration Rate)

式中：

S-零件表面積，單位為mm²；

T_f-精加工時(shí)間，單位為min。

步驟2：構(gòu)建數(shù)據(jù)映射：對(duì)結(jié)構(gòu)件加工參數(shù)和加工策略進(jìn)行提取，構(gòu)建廣義加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并與結(jié)構(gòu)件樣本建立一一映射；

步驟3：拆分加工數(shù)據(jù)樣本庫，建立樣本庫子集合；

所述步驟3中樣本庫子集合使用效率基線進(jìn)行標(biāo)識(shí)的具體步驟如下：

步驟3.1：查找樣本集合中的MRR或SFR最大值以及最小值；

步驟3.2：劃分效率子區(qū)間；以步驟3.1中查找得到的最大值和最小值為邊界，構(gòu)建取值區(qū)間，在區(qū)間內(nèi)插入中位數(shù)，將MRR或SFR區(qū)間劃分為2個(gè)子區(qū)間；

步驟3.3：建立加工效率樣本庫子集合；以步驟3.2中劃分的MRR或SFR的效率值區(qū)間為分組依據(jù)，將加工效率樣本庫按照各組的MRR或SFR的效率值大小拆分為2個(gè)子集合；

步驟3.4：分別計(jì)算步驟3.3中拆分得到的2個(gè)子集合的效率基線X；效率基線取效率值的均值，按照式(3)進(jìn)行計(jì)算：

式中：

n‐子集合中包含MRR或SFR數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)；

X_i‐子集合第i個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的MRR或SFR值。

步驟4：計(jì)算目標(biāo)零件的加工效率，提取廣義加工參數(shù)；零件加工效率根據(jù)粗精加工階段采用MRR或SFR計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

步驟5：劃分目標(biāo)零件所屬樣本子集合；以步驟4計(jì)算的目標(biāo)零件加工效率為查找值，確定目標(biāo)零件所屬樣本庫子集合；設(shè)定偏差范圍，建立查找區(qū)間，區(qū)間邊界為加工效率最高和最低值，篩選子集合中效率值區(qū)間與零件所屬樣本子集合效率值區(qū)間交叉的集合，作為備選集合，構(gòu)建備選集合序列Ω₁；

步驟6：若Ω₁非空，則進(jìn)行步驟7‐8，若Ω₁為空，則擴(kuò)大偏差范圍，直至Ω₁非空；

步驟7：提取目標(biāo)零件加工參數(shù)，分別計(jì)算各加工參數(shù)的變異系數(shù)；

步驟7的具體步驟如下：

步驟7.1計(jì)算零件所屬樣本子集合對(duì)應(yīng)加工參數(shù)的均值。；

步驟7.2：計(jì)算備選集序列Ω₁中各集合加工參數(shù)的均值，建立均值序列；

步驟7.3：計(jì)算均值序列的標(biāo)準(zhǔn)差σ；

步驟7.4：計(jì)算變異系數(shù)CV，變異系數(shù)的計(jì)算方法如公式(4)，ES為均值

序列的均值：

步驟7.5：重復(fù)步驟7.1‐7.4，得到加工機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、切削進(jìn)給速度、切削深度、切削寬度、切削分層數(shù)、切削刀具數(shù)量、切削刀具直徑、切削刀具總長度、切削刀具刃口長度和刀柄規(guī)格的變異系數(shù)。

步驟8：對(duì)變異系數(shù)進(jìn)行排序，提取主要影響因子：將加工參數(shù)按照變異系數(shù)從小到大的順序進(jìn)行排列，排列順序即為影響因子的順序，排在靠前位置的加工參數(shù)即為主要影響因素。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、將材料去除率的和表面成型率作為加工效率影響因素，可以直接有效地反應(yīng)實(shí)際加工情況，為工藝方法改進(jìn)提供直接有效的參考。

2、建立加工參數(shù)數(shù)據(jù)集合，對(duì)加工參數(shù)集合進(jìn)行快速查找和比較，能夠針對(duì)具體加工參數(shù)進(jìn)行快速工藝更改；

3、僅需要覆蓋典型零件類型就可根據(jù)本方法快速建立起指標(biāo)值作為基準(zhǔn)進(jìn)行影響因子提取，而且隨著樣本數(shù)量的增加，提取的主要影響因子越可靠。

4、本專利是建立在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，只需收集符合條件的數(shù)據(jù)而不需現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工切削試件，得到的最終結(jié)果不是歸屬于機(jī)床層面而是加工策略層面。本專利主要涉及的影響因子分析方法是“變異系數(shù)法”，本方法雖然相對(duì)簡單但更加快速有效。

附圖說明

圖1是本發(fā)明專利的一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削效率主要影響因子提取方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削效率主要影響因子提取方法，包括如下步驟：

步驟1：計(jì)算結(jié)構(gòu)件銑削加工效率，建立結(jié)構(gòu)件銑削加工效率樣本庫；為保證提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，樣本庫應(yīng)涵蓋所有的典型零件。

步驟2：構(gòu)建數(shù)據(jù)映射：對(duì)結(jié)構(gòu)件加工參數(shù)和加工策略進(jìn)行提取，構(gòu)建廣義加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并與結(jié)構(gòu)件樣本建立一一映射；

步驟3：拆分加工數(shù)據(jù)樣本庫，建立樣本庫子集合；

步驟4：計(jì)算目標(biāo)零件的加工效率，提取廣義加工參數(shù)；零件加工效率根據(jù)粗精加工階段采用MRR或SFR計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

步驟5：劃分目標(biāo)零件所屬樣本子集合；以步驟4計(jì)算的目標(biāo)零件加工效率為查找值，確定目標(biāo)零件所屬樣本庫子集合；設(shè)定偏差范圍，建立查找區(qū)間，區(qū)間邊界為加工效率最高和最低值，篩選子集合中效率值區(qū)間與零件所屬樣本子集合效率值區(qū)間交叉的集合，作為備選集合，構(gòu)建備選集合序列Ω₁；

步驟6：若Ω₁非空，則進(jìn)行步驟7‐8，若Ω₁為空，則擴(kuò)大偏差范圍，直至Ω₁非空；

步驟7：提取目標(biāo)零件加工參數(shù)，分別計(jì)算各加工參數(shù)的變異系數(shù)；

步驟8：對(duì)變異系數(shù)進(jìn)行排序，提取主要影響因子：將加工參數(shù)按照變異系數(shù)從小到大的順序進(jìn)行排列，排列順序即為影響因子的順序，排在靠前位置的加工參數(shù)即為主要影響因素。

實(shí)施例2

一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削效率主要影響因子提取方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：計(jì)算結(jié)構(gòu)件銑削加工效率，建立結(jié)構(gòu)件銑削加工效率樣本庫；為保證提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，樣本庫應(yīng)涵蓋所有的典型零件。

所述步驟1中銑削加工效率包括粗加工材料去除率和精加工表面成型率兩部分，根據(jù)實(shí)際加工參數(shù)計(jì)算，具體計(jì)算方法如下：

步驟1.1:按式(1)計(jì)算粗加工材料去除率MRR(Material Remove Rate)

式中:

V‐粗加工材料去除體積，單位為mm³；

T_r‐粗加工時(shí)間，單位為min；

步驟1.2:按式(2)計(jì)算精加工表面成型率SFR(Surface Figuration Rate)

式中：

S-零件表面積，單位為mm²；

T_f-精加工時(shí)間，單位為min。

步驟2：構(gòu)建數(shù)據(jù)映射：對(duì)結(jié)構(gòu)件加工參數(shù)和加工策略進(jìn)行提取，構(gòu)建廣義加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，并與結(jié)構(gòu)件樣本建立一一映射；

步驟3：拆分加工數(shù)據(jù)樣本庫，建立樣本庫子集合；

所述步驟3中樣本庫子集合使用效率基線進(jìn)行標(biāo)識(shí)的具體步驟如下：

步驟3.1：查找樣本集合中的MRR或SFR最大值以及最小值；

步驟3.2：劃分效率子區(qū)間；以步驟3.1中查找得到的最大值和最小值為邊界，構(gòu)建取值區(qū)間，在區(qū)間內(nèi)插入中位數(shù)，將MRR或SFR區(qū)間劃分為2個(gè)子區(qū)間；

步驟3.3：建立加工效率樣本庫子集合；以步驟3.2中劃分的MRR或SFR的效率值區(qū)間為分組依據(jù)，將加工效率樣本庫按照各組的MRR或SFR的效率值大小拆分為2個(gè)子集合；

步驟3.4：分別計(jì)算步驟3.3中拆分得到的2個(gè)子集合的效率基線X；效率基線取效率值的均值，按照式(3)進(jìn)行計(jì)算：

式中：

n‐子集合中包含MRR或SFR數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)；

X_i‐子集合第i個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的MRR或SFR值。

步驟4：計(jì)算目標(biāo)零件的加工效率，提取廣義加工參數(shù)；零件加工效率根據(jù)粗精加工階段采用MRR或SFR計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

步驟5：劃分目標(biāo)零件所屬樣本子集合；以步驟4計(jì)算的目標(biāo)零件加工效率為查找值，確定目標(biāo)零件所屬樣本庫子集合；設(shè)定偏差范圍，建立查找區(qū)間，區(qū)間邊界為加工效率最高和最低值，篩選子集合中效率值區(qū)間與零件所屬樣本子集合效率值區(qū)間交叉的集合，作為備選集合，構(gòu)建備選集合序列Ω₁；

步驟6：若Ω₁非空，則進(jìn)行步驟7‐8，若Ω₁為空，則擴(kuò)大偏差范圍，直至Ω₁非空；

步驟7：提取目標(biāo)零件加工參數(shù)，分別計(jì)算各加工參數(shù)的變異系數(shù)；

步驟7的具體步驟如下：

步驟7.1計(jì)算零件所屬樣本子集合對(duì)應(yīng)加工參數(shù)的均值。；

步驟7.2：計(jì)算備選集序列Ω₁中各集合加工參數(shù)的均值，建立均值序列；

步驟7.3：計(jì)算均值序列的標(biāo)準(zhǔn)差σ；

步驟7.4：計(jì)算變異系數(shù)CV，變異系數(shù)的計(jì)算方法如公式(4)，ES為均值

序列的均值：

步驟7.5：重復(fù)步驟7.1‐7.4，得到加工機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、切削進(jìn)給速度、切削深度、切削寬度、切削分層數(shù)、切削刀具數(shù)量、切削刀具直徑、切削刀具總長度、切削刀具刃口長度和刀柄規(guī)格的變異系數(shù)。

步驟8：對(duì)變異系數(shù)進(jìn)行排序，提取主要影響因子：將加工參數(shù)按照變異系數(shù)從小到大的順序進(jìn)行排列，排列順序即為影響因子的順序，排在靠前位置的加工參數(shù)即為主要影響因素。

實(shí)施例3

在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，做出如下補(bǔ)充說明：

步驟1：結(jié)構(gòu)件集合Ω中包含k個(gè)結(jié)構(gòu)件數(shù)據(jù)：Ω＝{Ω₀，Ω₁，Ω₂，...，Ω_k}，建立結(jié)構(gòu)件銑削加工效率樣本庫Ωm和Ωs，加工效率由粗加工材料去除率和精加工表面成型率兩部分組成，具體計(jì)算步驟：

步驟1.1:按式(1)分別計(jì)算集合Ω中各元素的粗加工材料去除率，得到材料去

除率序列Ωm：

Ωm＝{Ω_m1,Ω_m2,Ω_m3,....,Ω_mk}

其中，Ω_mk為Ω中每個(gè)零件對(duì)應(yīng)的材料去除率。

步驟1.2:按式(2)分別計(jì)算集合Ω中各元素的精加工表面成型率，得到材料去

除率序列Ωs：

Ωs＝{Ω_s1,Ω_s2,Ω_s3,....,Ω_sk}

其中，Ω_sk為Ω中每個(gè)零件對(duì)應(yīng)的表面成型去除率。

步驟2：構(gòu)建數(shù)據(jù)映射。對(duì)結(jié)構(gòu)件加工數(shù)據(jù)進(jìn)行列舉和分類，構(gòu)建數(shù)據(jù)序列：{E1,E2,E3...Ek}，將加工數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的零件建立一一映射：

f(Ω)＝f(E1,E2,E3...Ek)

步驟3：以效率值為依據(jù)，將樣本數(shù)據(jù)Ω拆分為多個(gè)子集合{Ω₁，Ω₂，Ω₃，....,Ω_m}，子集合使用效率基線進(jìn)行標(biāo)識(shí)，具體步驟：

步驟3.1：查找樣本集合中的MRR(SFR)最大值V_max以及最小值V_min。

步驟3.2：劃分效率子區(qū)間。以步驟3.1中查找得到的最大值和最小值為邊界，構(gòu)建取值區(qū)間A＝[V_min,V_max]，在區(qū)間內(nèi)均勻插入m-1個(gè)效率值將MRR(SFR)區(qū)間劃分為m個(gè)子區(qū)間：

其中，Δv＝V_max-V_min,k＝1,2,...,m-1。

步驟3.3：以步驟3.2中劃分的效率值(MRR或SFR)區(qū)間為分組依據(jù)，將加工效率樣本庫按照各組的效率值(MRR或者SFR)大小拆分為m個(gè)子集合:{Ω₁，Ω₂，Ω₃，....,Ω_m}。

步驟3.4：分別計(jì)算步驟3.3中拆分得到的m個(gè)子集合的效率基線X_i,(i＝1,2,3..,m)。效率基線取效率值的均值，按照式(3)進(jìn)行計(jì)算：

其中，p為效率子集合包含的零件數(shù)目。

步驟4：根據(jù)零件加工階段計(jì)算待評(píng)測(cè)零件的加工效率V_k，粗加工根據(jù)計(jì)算材料去除率，精加工根據(jù)表面成型率進(jìn)行計(jì)算。

步驟5：以零件的加工效率V_k為查找值，確定零件所屬樣本庫子集合A；設(shè)定偏差范圍為[y₁,y₂]，計(jì)算加工效率最高和最低值，確定取值區(qū)間[V_k+y₁,V_k+y₂]，篩選樣本集合中效率基線取值區(qū)間與集合A的取值區(qū)間交叉的集合，作為備選集合序列Ωs＝{Ω_s1，Ω_s2，Ω_s3，....,Ω_sm}。

步驟6：若Ωs非空，則進(jìn)行步驟7‐8，若Ωs為空則擴(kuò)大偏差范圍，直至非空。

步驟7：提取待優(yōu)化零件加工參數(shù)，分別計(jì)算各加工參數(shù)的變異系數(shù)。具體步驟：

步驟7.1提取待優(yōu)化零件加工參數(shù)，得到加工參數(shù)序列X＝{X₁,X₂,....,X_i,...,X_t}，t為零件加工參數(shù)數(shù)目。

步驟7.2計(jì)算集合A中對(duì)應(yīng)加工參數(shù)X_i的均值x_i0。

步驟7.3：計(jì)算備選集序列Ω₁中各集合加工參數(shù)X_i的均值，得到均值序列X_average＝{x_i1,x_i2,x_i3,....x_ik}，k為集合序列Ω₁中集合的數(shù)目。

步驟7.3：計(jì)算均值序列X_average的標(biāo)準(zhǔn)差，標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算方法如公式(4)：

步驟7.4：計(jì)算變異系數(shù)CV，變異系數(shù)的計(jì)算方法如公式(5)：

步驟7.5：重復(fù)步驟7.1‐7.4，得到所有加工參數(shù)的變異系數(shù)，得到變異系數(shù)序列{σ₁,σ₂,...,σ_t}。

步驟8：對(duì)變異系數(shù)進(jìn)行排序，提取主要影響因子。將加工參數(shù)按照變異系數(shù)從小到大的順序進(jìn)行排列，排列順序即為主要影響因子的序列。