基于主轴功率切削负载约束和进给轴运动学约束的五轴粗加工进给速度优化方法

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在实际使用五轴机床进行大批量零件的铣削加工生产中,粗加工是一个重要的部分,其加工时间占整个加工时长的很大一部分,在传统工艺设计中出于保护机床和刀具的考虑,进给速度设置一般都较为保守,无法充分发挥机床和刀具的潜能。针对以上问题,本文提出了一种面向五轴铣削粗加工的进给速度优化方法,该方法通过工艺系统的响应数据和各个进给轴的运动学分析建立五轴进给速度优化模型,随后通过该模型的求解实现进给速度的优化,最终达到提高加工效率的效果。具体内容如下:建立五轴铣削粗加工进给速度优化数学模型。首先通过理论分析和实际实验对切削力和主轴功率在反映切削过程负载变化上的一致性进行验证,随后使用指令域分析的方法,建立优化模型中基于实际切削过程负载的进给速度约束。建立基于三次B样条进给速度曲线的一般形式,以该一般形式为基础建立优化模型的进给轴运动学约束。最终形成了以加工效率提升为优化目标的进给速度优化模型。针对建立的五轴铣削粗加工进给速度优化数学模型,提出了基于遗传算法的优化求解算法和基于线性规划的优化求解算法。对传统的GA算法结合问题实际进行改进,提高了算法的求解效率;对进给轴运动学约束中的非线性量进行处理,使该进给速度优化问题可以使用线性规划的方法进行求解,缩短了求解时间。根据本文提出的进给速度优化方法对一款叶轮的粗加工进行了进给速度优化,并进行了实际加工实验,通过对实验结果的分析验证了本文所提方法的可行性。
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