一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài)優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)控加工工藝參數(shù)優(yōu)化處理技術領域，具體涉及一種數(shù)控加工工藝參 數(shù)動態(tài)優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 數(shù)控加工，即在數(shù)控機床上進行零件加工的一種工藝方法，其本身就是一種工藝 方法，該方法較傳統(tǒng)機加工帶來的好處就是，利用數(shù)字信息化的技術解決零件復雜多變、小 批量、小型化、高精度等問題，從而實現(xiàn)加工領域的自動化、智能化。
[0003] 為了獲得最優(yōu)的加工效果，通常需要對加工中的工藝參數(shù)進行優(yōu)化。在線加工工 藝參數(shù)優(yōu)化通常都是通過實時檢測加工過程中主軸電流、刀具溫度或各軸跟隨誤差等狀態(tài) 信息，根據(jù)反饋值來實時調節(jié)切削參數(shù)，以獲得最優(yōu)的切削效率，提高加工質量。因此大部 分的優(yōu)化設備都是外置處理器，通過外部傳感器采集相關的數(shù)據(jù)，來對工藝參數(shù)進行優(yōu)化。 該方法最大缺點在于無法與數(shù)控系統(tǒng)同步，盡管可能用更高的采集卡獲取高頻采樣數(shù)據(jù)， 由于加工環(huán)境的復雜，獲取的數(shù)據(jù)本身就更加復雜，與插補數(shù)據(jù)不同步，分析上更耗成本， 需要更多的內存空間，而且也花時間。優(yōu)化后的數(shù)據(jù)在反饋到數(shù)據(jù)系統(tǒng)時由于是外部通信， 與插補周期相比存在滯后，因此補償存在一定的滯后誤差。
[0004] 另外，工藝參數(shù)優(yōu)化時常用的數(shù)據(jù)處理方式通常都是采用時域或頻域的方式，對 數(shù)據(jù)進行平滑濾波、小波分析、FFT變換等信息處理方法。但是在數(shù)控加工領域，G代碼程序 是決定機床后面所有的動作，要想加工過程更加精細化，G代碼質量、工藝參數(shù)的優(yōu)化是至 關重要的一點。
[0005] 成熟的工藝參數(shù)優(yōu)化方法有通過建立基于遺傳算法的切削參數(shù)優(yōu)化模型，采用線 性加權和罰函數(shù)的方法來實現(xiàn)多目標參數(shù)優(yōu)化；也有通過樣本集訓練和檢測BP神經網(wǎng)絡 的改進BP神經網(wǎng)絡的方式對工藝參數(shù)優(yōu)化的方式；還有就是很學術機構都在研宄的針對 特定使用目標的小型實用專家系統(tǒng)來對車銑加工工藝參數(shù)進行優(yōu)化。
[0006] 但是，這些基于數(shù)控加工工藝參數(shù)的優(yōu)化方法都脫離于數(shù)控系統(tǒng)，通過外部傳感 器獲取數(shù)據(jù)源，借助外置處理器平臺利用時域或頻域的分析算法來進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)藝 參數(shù)優(yōu)化。這種方式普遍存在獲取數(shù)據(jù)精度不高，補償滯后，測量與補償耗時長等特點，因 此不能從根本提高零件表面加工質量，和加工效率。

【發(fā)明內容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于指令域分析的數(shù)控 加工工藝參數(shù)動態(tài)優(yōu)化方法，其直接與數(shù)控系統(tǒng)無縫集成，通過實時監(jiān)測各加工狀態(tài)數(shù)據(jù)， 并對其指令特征的提取、分析，從而實現(xiàn)對加工藝參數(shù)動態(tài)優(yōu)化，該方法能對數(shù)控系統(tǒng)工藝 參數(shù)快速優(yōu)化，實現(xiàn)與插補周期同步，最大程度實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)加工質量與效率的提升。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動 態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0009] (1)設置采樣的加工狀態(tài)信息和加工程序指令序列信息，并相應配置形成加工信 息動態(tài)采集界面，以實時同步顯示采樣的信息與指令對應的加工程序行；
[0010] (2)實時采集獲取實際加工數(shù)據(jù)，并利用正余弦算子對采集的數(shù)據(jù)進行迭代平滑 處理，從而獲得平滑的信號，并提取濾波處理后信號的特征值；
[0011] (3)根據(jù)當前行加工的G指令和/或刀位軌跡類型在工藝系數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇確定 優(yōu)化系數(shù)；
[0012] (4)利用上述步驟獲取的特征值以及優(yōu)化系數(shù)，建立優(yōu)化模型，據(jù)此計算當前合理 的工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)對加工工藝參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化。
[0013] 作為本發(fā)明的改進，所述加工工藝參數(shù)為主軸進給速度，所述優(yōu)化模型具體為：
[0014]
【主權項】
1. 一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 設置采樣的加工狀態(tài)信息和加工程序指令序列信息，并相應配置形成加工信息動 態(tài)采集界面，以實時同步顯示采樣的信息與指令對應的加工程序行； (2) 實時采集獲取實際加工數(shù)據(jù)，并利用正余弦算子對采集的數(shù)據(jù)進行迭代平滑處理， 從而獲得平滑的信號，并提取濾波處理后信號的特征值； (3) 根據(jù)當前行加工的G指令和/或刀位軌跡類型在工藝系數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇確定優(yōu)化 系數(shù)； (4) 利用上述步驟獲取的特征值以及優(yōu)化系數(shù)，建立優(yōu)化模型，據(jù)此計算當前合理的工 藝參數(shù)，從而實現(xiàn)對加工工藝參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài)優(yōu)化方法，其 中，所述加工工藝參數(shù)為主軸進給速度，所述優(yōu)化模型具體為：
其中，F(xiàn)v表示修正后的進給修調，表示修調極值即特征值，Cs是采集的當前主軸電 流，主軸額定電流，cof為優(yōu)化系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài)優(yōu)化方 法，其中，所述迭代平滑處理具體為：
其中，N為采集的數(shù)據(jù)點個數(shù)，n為任一數(shù)據(jù)序號，0為h(n)的初始相位角，y(n)為平 滑處理后的信號。
4. 根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài) 優(yōu)化方法，其中，所述加工狀態(tài)信息包括機床各個軸的指令位置、實際位置、指令速度、實際 速度、跟隨誤差、負載電流（或主軸電流）、以及系統(tǒng)變量和外部傳感器信息。
5. 根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài) 優(yōu)化方法，其中，所述迭代平滑處理的數(shù)據(jù)為主軸電流。
6. 根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài) 優(yōu)化方法，其中，還可以對優(yōu)化后的工藝參數(shù)與當前工藝參數(shù)值進行比較，并根據(jù)判斷當前 工藝參數(shù)值是否合理確定是否更新修正當前工藝參數(shù)值。
7. 根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài) 優(yōu)化方法，其中，在提取特征值和計算合理工藝參數(shù)值后，指令特征將以柱狀圖的方式動態(tài) 顯示在界面上，柱狀圖的寬度由該行插補點的個數(shù)決定，如果發(fā)現(xiàn)某行的插補特征值超過 理想的閾值，超出部分用一定顏色方塊顯示。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于指令域分析的數(shù)控加工工藝參數(shù)動態(tài)優(yōu)化方法，包括：(1)設置采樣的加工狀態(tài)信息和加工程序指令序列信息，并相應配置形成加工信息動態(tài)采集界面；(2)實時采集獲取實際加工數(shù)據(jù)，并利用正余弦算子對采集的數(shù)據(jù)進行迭代平滑處理，并提取濾波處理后信號的特征值；(3)根據(jù)當前行加工的G指令和/或刀位軌跡類型在工藝系數(shù)數(shù)據(jù)庫中選擇確定優(yōu)化系數(shù)；(4)利用上述步驟獲取的特征值以及優(yōu)化系數(shù)，建立優(yōu)化模型，據(jù)此計算當前合理的工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)對加工工藝參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化。本發(fā)明的方法以指令域分析為基礎，可以實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)工藝參數(shù)快速優(yōu)化，實現(xiàn)與插補周期同步，最大程度實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)加工質量與效率的提升。
【IPC分類】G05B19-18
【公開號】CN104777785
【申請?zhí)枴緾N201510093312
【發(fā)明人】向華, 陳吉紅, 周浩
【申請人】華中科技大學, 武漢華中數(shù)控股份有限公司, 襄陽華中科技大學先進制造工程研究院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月2日