(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111286179.8 (22)申请日 2021.11.02 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 张星　赵万华　郭卓城　赵钊　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 贺建斌 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种无颤振精加工铣削过程的高效参数优 化方法 (57)摘要 一种无颤振精加工铣削过程的高效参数优 化方法， 首先在参数可行域、 铣削力、 铣削稳定 性、 粗糙度和加工精度等多重约束条件下， 建立 了以加工效率为目标的参数优化模 型； 由于粗糙 度主要受每齿进给量影 响， 采用黄金分割法在粗 糙度约束条件下对不同齿数刀具的每齿进给量 进行了优化； 接着， 采用随机矢量搜索方法， 对主 轴转速、 径向切宽和轴向切深进行了数值迭代优 化， 最终获得刀具齿数、 每齿进给量、 主轴转速、 径向切宽和轴向切深的最优组合； 本发明能够在 满足多重约束条件下将铣削加工效率大幅提高， 实现无颤振高效精加工 。 权利要求书7页 说明书16页 附图4页 CN 113962105 A 2022.01.21 CN 113962105 A 1.一种无颤振精加工铣削过程的高效参数优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1)在参数可行域、 铣削力、 铣削稳定性、 粗糙度和加工精度的多重约束条件下， 建 立了以加工效率 为目标的参数优化模型； 步骤2)采用黄金分割法在粗糙度约束条件下对不同齿数刀具的每齿进给量进行了优 化； 采用随机矢量搜索方法， 对主轴转速、 径向切宽和轴向切深进行了数值迭代优化， 以获 得刀具齿数、 每齿 进给量、 主轴转速、 径向切宽和轴向切深的最优组合。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述的步骤1)的具体过程 为： 1.1)建立优化目标： 根据零件精加工余量的分布情况， 采用两种走刀方式进行去除： 深度优先和宽度优先； 参数优化目标是要在满足相关约束条件下实现切削 效率的最大化， 铣削 效率用材料切除率 表示： fMRR＝Nt·ft·n·ae·ap/1000(cm3/min)       (1) 式中： Nt为刀具齿数； ft为每齿进给量(mm/齿)； n为主轴转速(rpm)； ae为径向切削宽度 (mm)； ap为轴向切削深度(m m)； 1.2)建立优化变量： 加工参数优化 问题的优化变量包括5个可变参数， 即刀 具齿数Nt和4个基本切削参数主 轴转速n、 径向切宽ae、 轴向切深ap、 每齿进给量ft， 将优化变量定义 为x＝[n,ae,ap,Nt,ft]T； 1.3)建立多重约束条件： 1.3.1)优化变量可 行域的约束： 受主轴和刀具切削能力的限制， 主轴转速n、 径向切宽ae、 轴向切深ap和每齿进给量ft的 参数的选择都存在上限和下限， 主轴转速的上限应小于或等于主轴可允许使用的最大转 速， 径向切宽的上限应不超过刀具直径， 轴向切深的上限应小于刀具刀齿段长度， 每齿进给 量需考虑刀具切削能力， 而刀具齿数 的选择需考虑刀具排屑能力； 最终形成了优化变量参 数选择的可 行域， 如下式所示： 式中： 上标u为参数上限， 上标l为参数下限； 此外， 在深度优先时， 应尽量使得宽度方向的行距均匀一致， 而在宽度优先时， 应尽量 使得深度方向的行距均匀一 致； 所以： 式中： Nw和Nh分别为宽度方向和深度方向的行距离 散数量， 为 正整数； 1.3.2)铣削力的约束： 需要对铣削力的大小进行约束， 由切削力机理模型可知， 刀具第i个切削刃上第j层切 削单元在旋转任意角度φi,j(t)时沿切向、 径向和轴向的切削力表示为剪切力和犁切力之权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 113962105 A 2和， 即： 式中： kqs,kqp(q＝t,r,a)为切向、 径向和轴向 的剪切和犁切力比切力系数； db为第i个切 削刃上第j层切削单元上轴向厚度； φi,j(t)为第i个切削刃上第j层切削单元在时间t时的 旋转角度； W 为窗函数， 如下式： 式中： θs,i,j, θe,i,j为第i个切削刃上第j层切削单 元的刀齿切入角和 切出角； 在铣削过程中， 刀尖点P点的轨迹是二维摆线， 其切削层厚度等于P点与刀具旋转中心 的连线和工件几何实体相交部分的线段， 其中T点是有前若干个刀齿mi在过去某个时刻 τi,j (t,mi)切削后遗留到已加工表面上的， 而在t ‑τi,j(t,mi)时刻， T点在全局参考坐标系XYZ下 的坐标为： 式中： Ri,j为第i个切削刃上第j层切削单 元的实际切削 半径； 同时， T点在全局参 考坐标系XYZ下也表示 为： 又根据刀具进给运动关系， 忽略刀具的动态位移响应， 可知： 式中： fvx为刀具进给速度； 由上述式(6)、 式(7)和式(8)得到时滞量 为： 式中： 为齿间角； 进一步， 得到瞬时切削层厚度为： 最终， 切削层厚度为所有切削层厚度中大于零的最小值： hi,j(t)＝max(0,mi n(hi,j(t,mi)))mi＝1,2,…Nt       (11) 刀具进给坐标系下， 将同一 时刻参与切削的所有切削单元所产生的切削力在有 效切削 深度范围内求和， 得 出作用于刀具的总切削力为： 此时， 作用于刀具的切削力合力为：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 113962105 A 3