基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法
【專利摘要】本發明提出一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，主要包括以下步驟：1.將被加工毛坯零件固定機床工作臺上；2.使用恒定的切削參數加工整個零件，采用測力儀測量并記錄加工過程的切削力；3.將對應點的切削參數以及切削力值帶入切削力模型，求解加工軌跡對應點的切削深度；4.由NC代碼求解對應點的坐標值，在此基礎上加上切削深度，獲得切削軌跡處毛坯表面形貌曲線，通過對所有軌跡進行多項式插值計算即可得到毛坯的原始模型，實現原始模型的反求；5.利用毛坯原始模型和切削參數離線優化方法，實現毛坯不確定產品首道工序加工參數優化；本發明能夠降低刀具損耗，提高加工效率，降低加工成本。
【專利說明】
基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法
技術領域
[0001]本發明涉及機械加工技術領域，具體為一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，通過現場實測切削力數據反求毛坯幾何模型，進而實現粗加工過程進給速度優化。
【背景技術】
[0002]隨著數字化加工技術的發展，傳統的加工設備逐漸被數字化加工設備所代替，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、多批次的生產模式使得數控加工中零件程序編制的工作量巨大，目前絕大多數的數字化加工設備都采用離線編程，加工參數的選取仍然依靠編程人員的經驗或者機床使用手冊。因此加工參數的選取往往過于保守且不夠合理，導致機床利用率較低，刀具磨損較快。隨著智能加工技術的發展，各種加工參數離線優化的方法在實際生產中得以應用，在一定基礎上提高了機床的利用率，進一步降低了加工成本。然而，幾乎所有的優化算法都是基于初始幾何模型確定的生產條件進行優化，對于鑄造零件、鍛造零件以及復雜曲面零件等毛坯的初始幾何模型不確定的毛坯零件無法優化。另外，鍛造毛坯與鑄造毛坯表面形貌較為復雜且表層物理性能與深層差異較大，通過測量獲得準確幾何模型難度較大，同時測量建模只能獲得幾何模型，無法獲得零件切削性能與刀具之間的性能匹配參數，對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，導致加工效率較低，同時突變的切削深度很容易引起刀具破損、斷刀等事故，導致產品加工效率較低，加工成本較高。
[0003]發明專利(CN201110067451.3)一種切削加工中進給速度的優化方法提出了一種典型難加工材料加工參數優化方法，該方法利用仿真獲取刀具溫度和切削厚度、切削速度之間的經驗公式，然后通過經驗公式和材料去除率優化加工參數，通過使用不同的進給速度保證切削過程中切削厚度一致，使得刀具不會在切削寬度突變時磨損加劇，從而提高了生產率。但該方法都是針對已有模型進行切削參數優化，對初始幾何模型不確定的加工任務無法優化。
【發明內容】
[0004]針對【背景技術】提出的現有不確定模型粗加工過程加工效率較低、刀具損耗較大所導致的加工成本較高的問題，本發明提出一種專門針對毛坯模型不確定產品粗加工過程進給速度優化方法。該方法通過對首件毛坯進行試切，并記錄試切過程的切削力，然后根據切削力和NC代碼擬合初始毛坯幾何模型，并根據幾何模型進行首道工序進給速度優化，該方法能夠有效的避免粗加工過程因刀具破損、斷刀等情況導致加工中斷，從而提高不確定模型粗加工效率，降低加工成本。
[0005]本發明的技術方案為:
[0006]所述一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，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被加工毛坯零件，并固定在機床工作臺上；
[0008]步驟2:使用預先設定的切削參數加工被加工毛坯零件，并采用測力儀測量并記錄加工過程的切削力；
[0009]步驟3:從機床的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個點；使用切削力模型、對應點的切削參數以及切削力求解加工軌跡上η+1個點的切削深度do，di，...，dn;
[0010]步驟4:從機床的從:代碼中計算31點對應坐標值^^，2:1)，得到31點對應原始被加工毛還零件上的坐標值為(Xi，yi，zi+di)，其中i=0,1，…，n;利用坐標值(Xi，yi，zi+di)進行多項式插值得到加工軌跡處毛坯表面形貌曲線;通過對所有加工軌跡處毛坯表面形貌曲線進行擬合得到被加工毛坯零件的原始幾何模型；
[0011 ]步驟5:結合被加工毛坯零件的原始幾何模型和切削參數離線優化方法，對被加工毛坯零件粗加工過程首道工序進給速度進行優化，生成經過優化的NC代碼，實現被加工毛坯零件首道工序進給速度優化。
[0012]進一步的優選方案，所述一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，其特征在于:步驟2中使用的預先設定的切削參數采用保守的切削參數。
[0013]進一步的優選方案，所述一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，其特征在于:步驟2中使用預先設定的切削參數加工被加工毛坯零件時，采用未磨損刀具進行加工。
[0014]進一步的優選方案，所述一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，其特征在于:在步驟2中使用預先設定的切削參數加工被加工毛坯零件前，根據被加工毛坯零件的加工材料和所使用刀具，對步驟3中使用的切削力模型中的切削力系數進行標定。
[0015]有益效果
[0016]本發明所提出的基于現場實測切削力數據與離線優化相結合的粗加工進給速度優化方法具有以下優點:
[0017]1、本方法只需對同批次被加工毛坯零件中一件產品進行試切，即可通過模型反求獲得被加工毛坯零件的初始幾何模型。
[0018]2、本方法能夠對初始幾何模型不確定零件的首道工序進行優化，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所采用的切削力模型為已有成熟的切削力模型，計算精度較高;采用測力儀測量加工過程的切削力，測量精度較高且穩定性較好。
[0020]本發明的附加方面和優點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，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0021]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0022]圖1為本發明專利基于現場實測切削力數據與離線優化相結合的粗加工進給速度優化方法優化流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面以航空發動機葉片鍛造毛坯粗加工過程為例，對本發明的【具體實施方式】進行描述。所述實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0024]本發明基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，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被加工毛坯零件，并固定在機床工作臺上。
[0026]步驟2:使用預先設定的切削參數加工被加工毛坯零件，并采用測力儀測量并記錄加工過程的切削力。該步驟的作用是:使用恒定的切削參數可以減少變量，降低計算難度，測力儀能夠同時測量X Y Z三個方向的切削力，具有測力信號穩定，抗干擾能力強，安裝方便優點。
[0027]步驟3:從機床的NC代碼中提取加工軌跡，根據精度要求，將加工軌跡分為η段，得至IJao，ai，…，&?共11+1個點；使用切削力模型、對應點的切削參數以及切削力求解加工軌跡上n+1個點的切削深度Ckd1,…，dn。該步驟的作用是:分段數η決定計算精度和計算速度，根據加工精度和計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:從機床的NC代碼中計算ai點對應坐標值(Xi,yi,Zi)，得到ai點對應原始被加工毛還零件上的坐標值為(Xi，yi，zi+di)，其中i=0,1，…，n;利用坐標值(Xi，yi，zi+di)進行多項式插值得到加工軌跡處毛坯表面形貌曲線;通過對所有加工軌跡處毛坯表面形貌曲線進行擬合得到被加工毛坯零件的原始幾何模型，實現原始幾何模型的反求。該步驟由NC代碼獲得加工軌跡上個點坐標的理論值，獲取方便且精度較高；多項式插值擬合曲線誤差較小，且算法簡單、容易實現。
[0029]步驟5:結合被加工毛坯零件的原始幾何模型和切削參數離線優化方法，對被加工毛坯零件粗加工過程首道工序進給速度進行優化，生成經過優化的NC代碼，實現被加工毛坯零件首道工序進給速度優化。該步驟使用反求模型進行切削參數優化，選擇合理的切削參數，提高加工效率，降低加工成本。
[0030]本發明在步驟2使用預先設定的切削參數對被加工毛坯零件進行試切加工時，選用比較保守的切削參數，同時選用未磨損刀具(即新刀)，其作用是:由于毛坯的初始幾何模型不確定，保守的切削參數能夠避免刀具因突變的過大的切削力而損壞；由于切削力隨刀具磨損量的增大而增大，使用新到進行試切可以避免刀具磨損的影響，提高計算精度。
[0031]并且在步驟2試切前，根據被加工毛坯零件的加工材料和所使用刀具，對步驟3中使用的切削力模型中的切削力系數進行標定，其作用是:經過標定的切削力系數代表材料與刀具的耦合關系，使得切削力模型更加精確。
[0032]本發明所提出的基于現場實測切削力數據與離線優化相結合的粗加工進給速度優化方法適用于鑄造毛坯、鍛造毛坯、復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量的毛坯的首道工序加工過程切削參數優化，通過對毛坯粗加工過程進行切削參數優化，減少粗加工過程刀具損耗，提高毛坯粗加工的加工效率，降低加工成本。
[0033]盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1.一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，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被加工毛坯零件，并固定在機床工作臺上； 步驟2:使用預先設定的切削參數加工被加工毛坯零件，并采用測力儀測量并記錄加工過程的切削力； 步驟3:從機床的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個點;使用切削力模型、對應點的切削參數以及切削力求解加工軌跡上n+1個點的切削深度do’di，…，dn; 步驟4:從機床的NC代碼中計算ai點對應坐標值(Xi，yi, Zi)，得到ai點對應原始被加工毛還零件上的坐標值為(xi，yi，zi+di)，其中i=0,1，…，n;利用坐標值(xi，yi，zi+di)進行多項式插值得到加工軌跡處毛坯表面形貌曲線;通過對所有加工軌跡處毛坯表面形貌曲線進行擬合得到被加工毛坯零件的原始幾何模型； 步驟5:結合被加工毛坯零件的原始幾何模型和切削參數離線優化方法，對被加工毛坯零件粗加工過程首道工序進給速度進行優化，生成經過優化的NC代碼，實現被加工毛坯零件首道工序進給速度優化。2.根據權利要求1所述一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，其特征在于:步驟2中使用的預先設定的切削參數采用保守的切削參數。3.根據權利要求1所述一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，其特征在于:步驟2中使用預先設定的切削參數加工被加工毛坯零件時，采用未磨損刀具進行加工。4.根據權利要求1所述一種基于現場實測切削力數據與離線優化的粗加工進給速度優化方法，其特征在于:在步驟2中使用預先設定的切削參數加工被加工毛坯零件前，根據被加工毛坯零件的加工材料和所使用刀具，對步驟3中使用的切削力模型中的切削力系數進行標定。
【文檔編號】G05B19/416GK106020132SQ201610397921
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】羅明, 張定華, 張仲璽, 吳寶海, 羅歡, 李濤
【申請人】西北工業大學