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专利号: 202110291935X
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:具体步骤为:步骤一、建立切削加工阶段的能耗和加工时间模型,选取加工参数中的切削速度、进给量、背吃刀量为优化变量,初始化蚁群位置和信息素;

步骤二、计算蚂蚁位置和信息素浓度,找到迭代中切削能耗单目标函数的最小解,再将最小解蚂蚁的位置作为本次迭代中其余蚂蚁的移动方向,进行全局搜索;

步骤三、在步骤二所述的最小解蚂蚁的周边进行局部搜索,得到的局部搜索的解与步骤二所述的最小解相比较,如果局部搜索的解更小,将最小解更新为局部搜索的解;否则,沿用步骤二所述的最小解;

步骤四、在全局搜索和局部搜索后更新每只蚂蚁留下的信息素;

步骤五、保存每次迭代的最小解蚂蚁位置,判断是否满足终止条件,若不满足,返回步骤二继续计算;若满足,则输出蚂蚁位置,得到最优车削参数。

2.根据权利要求1所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:建立切削加工阶段的能耗模型Ec:式中各标号为:T为切削时间,Cp为切削功率系数,vc、f、ap分别为切削速度、进给量、背吃刀量,w、y、x分别为各参数对切削力的影响程度系数;

单工步加工一次走刀过程中切削参数不变,能耗模型Ec简化为:T表示实际切削阶段中在一个工步内刀具去除材料所消耗的时间,其与进给速度f和工件长度L有关,表示为:

将加工能耗Ec和加工时间T进行归一化处理,归一化处理后的切削能耗单目标函数表达式为:

F(ap,f,vc)=a1Ec*+a2T*   ④*

其中, T 分别为归一化后的加工能耗、加工时间数值,a1、a2分别为加工能耗和加工时间的决策权重,且a1+a2=1。

3.根据权利要求1或2所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:预先对切削速度、进给量和背吃刀量进行范围约束。

4.根据权利要求3所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:范围约束具体步骤为:

(1)切削速度vc约束

切削速度vc与机床主轴速度n之间存在计算公式:式中,D是工件直径。

机床主轴转速n必须介于机床最高转速nmax和最低转速nmin之间,则切削速度vc的约束条件为

(2)进给量f约束

进给量f必须在机床允许的最小进给量fmin和最大进给量fmax之间,即:fmin≤f≤fmax    ⑦(3)背吃刀量ap约束

背吃刀量ap介于最小背吃刀量 和最大背吃刀量 之间,即:

5.根据权利要求3所述的所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:加工参数选取还满足表面粗糙度要求,表面粗糙度表示为:式中,rε为车刀刀尖圆弧半径。

6.根据权利要求1所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:步骤一中,初始化蚁群位置和信息素包括:设定蚂蚁数目m,迭代次数K,令Xi(i=1,2,3)分别表示切削速度、进给量、背吃刀量三个变量:

T T

(X1 X2 X3) =(vc f ap)    ⑩优化变量i对应取值范围为[ai,bi],令第j只蚂蚁在变量i的定义域内随机取值:式中,j=1,2,……,m;

则第j只蚂蚁的位置为:

设置初始信息素浓度为:

式中,a为大于1的常数。

7.根据权利要求6所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:步骤二中,全局搜索包括:

在一次迭代完成后,找到本次迭代中使切削能耗单目标函数F(Xi)最小解,将最小解蚂蚁的位置Xbest作为其余蚂蚁的移动方向:首先建立全局转移概率P0:式中,k为当前迭代步数;

再建立自身转移概率P(j):转移步长为:

式中,Len(i)代表参数区间分割长度,即

8.根据权利要求7所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:步骤三中,局部搜索包括:在最小解蚂蚁的位置Xbest的周边内寻优,以期望找到使切削能耗更小的解:

式中,ω为局部搜索步长,δ为初始步长;

ω能动态更新,随着迭代次数增加而减小:局部搜索结束后,比较并确定本轮迭代中两种搜索方式作用后的最小解,如果更小,更新最小解;否则,沿用之前最小解。

9.根据权利要求8所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:步骤四中,信息素更新还改变信息素挥发系数的更新策略,当第k代蚂蚁完成本次全局搜索和局部搜索后,更新每只蚂蚁留下的信息素,改变信息素挥发系数ρ的更新策略,信息素更新规则为:

式中,Δτ(i)为蚂蚁在更新过后的位置上的信息素浓度。

10.根据权利要求8所述的一种切削阶段数控车床加工参数节能优化方法,其特征在于:步骤五中,保存每次迭代的最小解蚂蚁位置Xbest,直到迭代终止,找出最优切削参数Xbest: