1.一种车削优化方法,其特征在于,所述车削优化方法包括:根据切削的瞬态过程和稳态过程,建构瞬‑稳态综合能耗模型和切削效率模型;
选取待优化的切削变量,根据所述瞬‑稳态综合能耗模型和所述切削效率模型,建构切削优化模型;
设定约束条件,在所述约束条件下解出所述切削优化模型的所述切削变量;
根据优化后的所述切削变量,控制车床进行优化切削;
所述建构切削优化模型的方法包括:
获取所述瞬‑稳态综合能耗模型
Ea=Esteady+Etransient其中,Ea为瞬‑稳态综合能耗;Esteady为稳态过程的能耗;Etransient为瞬态过程的能耗;
获取所述切削效率模型
其中,η为切削效率;V为加工过程中需去除的工件材料体积;T为整个加工过程的加工时间;
选取主轴转速n、进给量f和切削深度ap三个待优化的切削变量,建立所述切削优化模型的最优函数其中,所述瞬‑稳态综合能耗模型为Ea=Ea(n,f,ap);所述切削效率模型为η=η(n,f,ap);
所述设定约束条件,在所述约束条件下解出所述切削优化模型的所述切削变量的方法包括:设定主轴约束条件nmin≤n≤nmax;
其中,n为主轴转速;nmin为数控车床所允许的最小转速;nmax为数控车床所允许的主轴最大转速;
设定进给速度约束条件vf min≤vf≤vf max;
其中,vf为进给速度;vf min为车床所允许的最小进给速度;vf max为车床所允许的最大进给速度;
设定切削深度约束条件ap≤ap max;
其中,ap为切削深度;ap max为允许的最大切削深度;
设定刀具耐用度约束条件
其中,T1为刀具耐用度;CT为刀具耐用度系数;a、b、c分别表示加工工艺参数vc、f、ap对刀具耐用度的影响程度;TB为刀具合理耐用度;vc为切削速度;f为进给量;ap为切削深度;
设定最大功率约束条件Pspindle≤Prated;
其中,Pspindle为数控车床主轴最大功率;Prated为数控车床主轴电机额定功率;
利用NSGA‑II算法解出所述切削优化模型;
所述利用NSGA‑II算法解出所述切削优化模型的方法包括:对所述切削变量进行染色体编码排序,在所述约束条件的范围内生成所述切削变量的初始种群;
修复所述初始种群不满足条件的个体,得到第一种群;
根据预设的目标权重,利用所述第一种群中每个个体计算目标函数的函数值;所述目标函数为所述切削优化模型中的优化函数;
根据非支配排序算法和拥挤距离算法,筛选所述第一种群,得到第二种群;
判断所述第二种群是否满足终止条件;
若不满足终止条件,继续根据所述目标权重,利用所述第二种群中每个个体计算所述目标函数的函数值,根据非支配排序算法和拥挤距离算法,筛选所述第二种群,直到符合终止条件;
若满足所述终止条件,结束迭代,得到所述切削变量的最优解;
预设所述目标权重的方法包括:
对所述目标函数进行标准化,消除不同数量级下的影响,标准化公式为:其中,在目标函数取最大为最优时使用公式Zij‑max;在目标函数取最小为最优时使用公式Zij‑min;N为实验数据组数;
对标准化目标进行灰色关联系数计算,计算公式为:其中,Zo为参考序列;Zij为比较序列;Δoj(k)为Zo(k)与Zij(k)的偏差序列;β为分辨系数,取值范围为0<β<1;
计算多个目标的所述目标权重,计算公式为:Rij=max{Kij,1,Kij,2,...,Kij,k}‑min{Kij,1,Kij,2,...,Kij,k}其中,m是优化目标个数;Rij是灰色关联系数范围;Kij,k是第k个加工工艺参数在第k个水平的平均灰色关联系数;ω为各目标的目标权重。
2.根据权利要求1所述的车削优化方法,其特征在于,建构所述瞬‑稳态综合能耗模型的方法包括:获取机床辅助装置的运行功率,建构辅助能耗子模型;
获取空切状态下的主轴旋转功率和进给功率,建构空切能耗子模型;
获取稳态切削过程中的恒材料切削功率和变材料切削功率,建构材料切削能耗子模型;
根据所述辅助能耗子模型、所述空切能耗子模型和所述材料切削能耗子模型建构稳态能耗模型;
根据瞬态切削状态下的主轴加速参数、快速定位参数、冷却开关参数和换刀参数,建构瞬态能耗模型;
综合所述稳态能耗模型和所述瞬态能耗模型,建构所述瞬‑稳态综合能耗模型,所述瞬‑稳态综合能耗模型为:Ea=Esteady+Etransient其中,Ea为瞬‑稳态综合能耗;Esteady为稳态过程的能耗;Etransient为瞬态过程的能耗。
3.根据权利要求1所述的车削优化方法,其特征在于,建构所述切削效率模型的方法包括:建构加工过程中需去除的总体积的表达式
其中,V为加工过程中需去除的工件材料体积;d为工件直径;ap为切削深度;l为切削长度;
建构整个加工过程的加工时间
T=tSR+tF+tCF+tTC+tSO+tL+tCFS+tCC+tMC其中,tSO为执行待机时间;tSR为主轴加速过程时间,满足tSR=tSR1+tSR2;
n1、n2为分段函数的分界转速;tSR2为通过实验测量结合统计方法获得的时间;tFA为快速进给中的对应时间;tF为进给过程时间, lF为进给长度,vf为进给速度;tMC为切削过程时间, l为切削长度;
建构所述切削效率模型
其中,η为切削效率。
4.一种应用于如权利要求1‑3任一项所述的车削优化方法的车削优化系统,其特征在于,所述车削优化系统包括建模模块、优化模块和车削模块;
所述建模模块从所述车削模块获取瞬态过程和稳态过程的参数,建构瞬‑稳态综合能耗模型和切削效率模型;选取待优化的切削变量,根据所述瞬‑稳态综合能耗模型和所述切削效率模型,建构切削优化模型;
所述优化模块设定约束条件,在所述约束条件下解出所述切削优化模型的所述切削变量,将所述切削变量发送给所述车削模块;
所述车削模块控制车床进行优化切削。
5.一种计算机设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1至3中任一项权利要求所述的车削优化方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1至3中任一项权利要求所述的车削优化方法的步骤。