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专利号: 2024113076182
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种薄壁工件铣削加工控制方法,其特征在于,包括:响应薄壁工件铣削振动抑制指令,确定切削力相对应的频谱函数、系统传递函数、系统阻尼比以及系统阻尼频率,其中,所述系统传递函数由系统固有频率以及系统阻尼比所构建;

基于以最小化系统振动的主轴转速控制模型根据所述切削力相对应的频谱函数、系统传递函数、系统阻尼比以及系统阻尼频率,确定薄壁工件主轴相对应的最优主轴转速;

响应系统控制参数优化指令,确定所述薄壁工件的总切割材料体积以及总能源消耗,基于所述总切割材料体积以及所述总能源消耗,构建以最小化所述总能源消耗和最大化所述总切割材料体积的系统控制参数优化模型;

基于预设的鲸鱼优化算法求解所述系统控制参数优化模型,以确定最优系统控制参数,其中,所述系统控制参数表征由比例增益、积分增益、微分增益以及前馈控制所构建的系统控制参数组合;

基于所述薄壁工件主轴相对应的最优主轴转速以及最优系统控制参数,控制待铣削薄壁工件进行加工,以完成薄壁工件铣削的加工控制。

2.根据权利要求1所述的薄壁工件铣削加工控制方法,其特征在于,构建主轴转速控制模型的步骤,包括:对切削力进行快速傅里叶变换,以确定所述切削力相对应频谱函数;

确定简化的二自由度振动模型中薄壁工件与刀具之间的动态刚度以及薄壁工件和刀具的等效质量,基于所述薄壁工件与刀具之间的动态刚度以及所述薄壁工件和刀具的等效质量,确定所述系统固有频率;

确定所述系统阻尼比,根据所述系统固有频率以及所述系统阻尼比,计算确定所述系统阻尼频率;

基于所述系统固有频率以及所述系统阻尼比,以构建系统的传递函数;

基于所述切削力相对应的频谱函数、系统传递函数、系统阻尼比以及系统阻尼频率,以构建以最小化系统振动的主轴转速控制模型。

3.根据权利要求2所述的薄壁工件铣削加工控制方法,其特征在于,所述简化的二自由度振动模型的表达式为:其中,其中, 代表薄壁工件在t时刻的振动位移, 代表薄壁工件的振动速度,x(t)代表薄壁工件的振动加速度,m表示薄壁工件和刀具的等效质量,c是阻尼系数,k是薄壁工件与刀具之间的动态刚度,F(t)表示切削力。

4.根据权利要求2所述的薄壁工件铣削加工控制方法,其特征在于,所述切削力相对应频谱函数的表达式为:F(w)=FFT(F(t)),

其中,F(w)表示切削力相对应频谱函数;

所述系统固有频率的表达式为:

其中,wn表示系统固有频率;

所述系统阻尼频率的表达式为:

其中,wd表示系统阻尼频率,ζ表示系统阻尼比;

所述系统的传递函数的表达式为:

其中,w表示主轴转速;

以最小化系统振动的主轴转速控制模型的表达式为:

minw|H(w)F(w)|。

5.根据权利要求1所述的薄壁工件铣削加工控制方法,其特征在于,确定所述薄壁工件的总切割材料体积以及总能源消耗,基于所述总切割材料体积以及所述总能源消耗,构建以最小化所述总能源消耗和最大化所述总切割材料体积的系统控制参数优化模型的步骤,包括:所述薄壁工件的总切割材料体积的目标函数为:

其中,A(t)是随时间变化的切削面积,Mtotal表示薄壁工件的总切割材料体积;

所述薄壁工件的总能源消耗的目标函数为:

其中,Ewaste表示薄壁工件的总能源消耗,S(t)是随时间变化的主轴转速,Sop是最佳转速,当所述主轴转速大于该最佳转速时,会导致电力资源的浪费;

系统控制参数优化模型的表达式为:

f(x)=Mtotal+Ewaste。

6.根据权利要求1所述的薄壁工件铣削加工控制方法,其特征在于,基于预设的鲸鱼优化算法求解所述系统控制参数优化模型,以确定最优系统控制参数的步骤,包括:调用预设的鲸鱼优化算法,基于所述鲸鱼优化算法求解所述系统控制参数优化模型,确定所述鲸鱼优化算法的初始参数,所述初始参数包括种群大小以及迭代次数;

根据所述种群大小随机初始化鲸鱼种群,以生成初始的鲸鱼个体,其中,所述鲸鱼个体表征由比例增益、积分增益、微分增益以及前馈控制所构建的系统控制参数组合;

对每个迭代步骤,计算每条鲸鱼个体的适应度目标函数值,并根据所述适应度目标函数值更新每个鲸鱼个体的位置和速度;

在算法的迭代过程中,选择适应度目标函数值最优的鲸鱼个体作为最优的系统控制参数组合;

当达到预设的所述迭代次数或者满足收敛条件时,结束优化过程,得到最优的由比例增益、积分增益、微分增益以及前馈控制所构建的系统控制参数组合。

7.根据权利要求5所述的薄壁工件铣削加工控制方法,其特征在于,所述最佳转速为

2000r/min。

8.一种薄壁工件铣削加工控制装置,其特征在于,包括:数据获取模块,设置为响应薄壁工件铣削振动抑制指令,确定切削力相对应的频谱函数、系统传递函数、系统阻尼比以及系统阻尼频率,其中,所述系统传递函数由系统固有频率以及系统阻尼比所构建;

最优转速确定模块,设置为基于以最小化系统振动的主轴转速控制模型根据所述切削力相对应的频谱函数、系统传递函数、系统阻尼比以及系统阻尼频率,确定薄壁工件主轴相对应的最优主轴转速;

参数优化模型构建模块,设置为响应系统控制参数优化指令,确定所述薄壁工件的总切割材料体积以及总能源消耗,基于所述总切割材料体积以及所述总能源消耗,构建以最小化所述总能源消耗和最大化所述总切割材料体积的系统控制参数优化模型;

最优参数组合确定模块,设置为基于预设的鲸鱼优化算法求解所述系统控制参数优化模型,以确定最优系统控制参数,其中,所述系统控制参数表征由比例增益、积分增益、微分增益以及前馈控制所构建的系统控制参数组合;

铣削加工控制模块,设置为基于所述薄壁工件主轴相对应的最优主轴转速以及最优系统控制参数,控制待铣削薄壁工件进行加工,以完成薄壁工件铣削的加工控制。

9.一种电子设备,包括中央处理器和存储器,其特征在于,所述中央处理器用于调用运行存储于所述存储器中的计算机程序以执行如权利要求1至7中任意一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,其以计算机可读指令的形式存储有依据权利要求1至7中任意一项所述的方法所实现的计算机程序,该计算机程序被计算机调用运行时,执行相应的方法所包括的步骤。