本發(fā)明涉及機械加工制造，特別涉及一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、鋁合金部件鑄造需要分型面，但分型面結(jié)合時，往往會產(chǎn)生漲箱問題，導(dǎo)致在部件的凸凹臺邊緣、孔內(nèi)處出現(xiàn)毛刺，其對鑄造產(chǎn)品的性能將產(chǎn)生重要影響，尤其是發(fā)動機的缸體、缸蓋等。

2、以鑄造發(fā)動機缸體為例，其體積大，形狀、工藝復(fù)雜，是汽車零部件中重點去毛刺對象，加工毛刺若不徹底去除，在發(fā)動機振動的工作環(huán)境中會逐漸脫落，一旦進入潤滑系統(tǒng)回路中，不但會使慮網(wǎng)堵塞，而且還會進入曲軸與軸瓦的間隙中，產(chǎn)生燒瓦等質(zhì)量事故；對曲軸來說，其上面的毛刺可能使曲軸油封在裝配時產(chǎn)生劃傷，導(dǎo)致漏油；而對于發(fā)動機噴油嘴來說，其上的毛刺可能使噴油嘴卡死，造成無法噴油等故障。因此研究毛刺產(chǎn)生的因素，檢測毛刺的產(chǎn)生，去除零件上的毛刺，在汽車動力總成部件制造過程中占有非常重要的地位。

3、國內(nèi)基本上仍然用人工或簡單的機械去毛刺，存在毛刺去除效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、勞動強度大等缺點，不能滿足大批量、柔性化的生產(chǎn)要求，急需使用新型先進技術(shù)來解決上述問題。

4、工業(yè)機器人作為一種具有高度靈活性的運動執(zhí)行裝置，已在制造企業(yè)中大量應(yīng)用，其場景包括抓取、搬運、裝配等。部分學(xué)者及科研機構(gòu)開展了基于機器人的鋁制壓鑄件毛刺清理技術(shù)研究，但由于工業(yè)機器人多自由度特性，運動定位精度不高，通常難以滿足鋁制壓鑄件毛刺清理精度的要求。另外，工業(yè)機器人通過多維力傳感器采集加工過程的切削力，自適應(yīng)調(diào)整機器人運動軌跡，滿足同類工件形貌差異帶來的毛刺清理影響。

5、數(shù)控機床作為工業(yè)母機，其在制造企業(yè)中大量應(yīng)用，具有運動精度高、工作過程可靠、操作方便簡潔等特點，工業(yè)場景應(yīng)用及其廣泛?；跀?shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理已有不少成熟的應(yīng)用，其采用多主軸夾持加工刀具，根據(jù)預(yù)設(shè)加工工藝進行鋁制壓鑄件的毛刺清理。但現(xiàn)有方式多采用固定加工工藝，不能根據(jù)每類壓鑄零部件的形貌及材質(zhì)特點，進行工藝參數(shù)優(yōu)化，加工質(zhì)量及效率有待提升。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

4、利用高精度電流傳感器對毛刺清理過程中切削力變化引起的主軸電流波動進行實時監(jiān)測，通過至少50組不同參數(shù)組合的實驗，采用多元線性回歸分析方法建立主軸電流波動(δi)與主軸轉(zhuǎn)速(n)、軸向進給量(f)、工作臺轉(zhuǎn)速(v)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其數(shù)學(xué)模型為：δi＝an+bf+c*v+d，其中，a、b、c、d為通過實驗數(shù)據(jù)擬合得出的系數(shù)；

5、根據(jù)上述關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建毛刺清理過程波動能量函數(shù)與加工時間函數(shù)，以表征不同加工參數(shù)下毛刺清理的能量消耗與時間成本；

6、基于實驗數(shù)據(jù)擬合，確定主軸轉(zhuǎn)速、軸向進給量、工作臺轉(zhuǎn)速對波動能量函數(shù)、時間函數(shù)的影響規(guī)律；

7、依據(jù)上述影響規(guī)律構(gòu)建面向減少波動、提高加工效能的鋁制件毛刺清理工藝參數(shù)優(yōu)化模型，目標函數(shù)為：minimize[αe(t)+βt(n,f,v)]，其中α、β為根據(jù)實際生產(chǎn)需求設(shè)定的權(quán)重系數(shù)，同時設(shè)定約束條件；

8、采用智能優(yōu)化算法對工藝參數(shù)優(yōu)化模型進行求解，通過選擇、交叉、變異操作獲得最佳的主軸轉(zhuǎn)速(n_opt)、軸向進給量(f_opt)、工作臺轉(zhuǎn)速(v_opt)組合；

9、將優(yōu)化后的工藝參數(shù)集成到數(shù)控系統(tǒng)中，采用標準化的rs232數(shù)據(jù)接口和modbus通信協(xié)議，編寫參數(shù)調(diào)用和執(zhí)行程序模塊，使數(shù)控機床能夠根據(jù)鋁制壓鑄件的具體形貌和材質(zhì)自動調(diào)用相應(yīng)的最佳參數(shù)進行毛刺清理操作，且具備參數(shù)備份和恢復(fù)功能，備份存儲在外部eeprom芯片中，可通過一鍵操作恢復(fù)參數(shù)；

10、對優(yōu)化后的參數(shù)組合進行實驗驗證，針對不同類型鋁制壓鑄件分別進行不少于10組實驗，每組實驗重復(fù)3次取平均值，對比優(yōu)化前后的毛刺清理效果，根據(jù)實驗結(jié)果對優(yōu)化參數(shù)進行微調(diào)，確保其在實際生產(chǎn)中的有效性和穩(wěn)定性。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，高精度電流傳感器的測量精度不低于±5％，高精度電流傳感器緊密連接在主軸電機供電線路上，確保能準確捕捉電流變化信號。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，波動能量函數(shù)為：

13、e(t)＝∫[p(t)-p0]dt；

14、其中p(t)為實時功率，p0為基準功率，且考慮鋁制壓鑄件的材料硬度(h)、彈性模量(e)、毛刺分布密度(ρ)等因素，構(gòu)建為：

15、e(t)＝∫[(p(t)-p0)f(h,e,ρ)]dt；

16、其中，f為與材料特性相關(guān)的函數(shù)；

17、加工時間函數(shù)為：

18、t(n,f,v)＝l/(nfv)；

19、其中，l為加工路徑長度，同時考慮材料特性，構(gòu)建為：

20、t(n,f,v)＝l/[nfvg(h,e,ρ)]；

21、其中，g為與材料特性相關(guān)的函數(shù)。

22、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，采用智能優(yōu)化算法對工藝參數(shù)優(yōu)化模型進行求解是采用遺傳算法，設(shè)定種群規(guī)模為100，交叉概率為0.8，變異概率為0.1，迭代次數(shù)為200次。

23、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在采用遺傳算法求解工藝參數(shù)優(yōu)化模型時，種群個體的編碼方式采用二進制與實數(shù)混合編碼，對于具有連續(xù)取值范圍的參數(shù)，采用實數(shù)編碼以提高搜索精度和效率；對于在一定范圍內(nèi)離散取值的參數(shù)，采用二進制編碼方便進行基因操作和遺傳運算。

24、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，在構(gòu)建波動能量函數(shù)和加工時間函數(shù)時，引入動態(tài)修正因子。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

26、1：本發(fā)明根據(jù)毛刺清理過程中切削力變化引起的主軸電流波動，對主軸轉(zhuǎn)速、軸向進給量、工作臺轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)的優(yōu)化，有效減少了切削力波動，從而提升了毛刺清理過程的穩(wěn)定性，能夠更精準地去除鋁制壓鑄件上的毛刺，降低了因毛刺殘留導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題發(fā)生率，提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量和一致性。

27、2：本發(fā)明充分考慮了鋁制壓鑄件的形貌及材質(zhì)特點，能夠根據(jù)不同類型的壓鑄件自動調(diào)用相應(yīng)的最佳參數(shù)，適用于發(fā)動機缸體、缸蓋、輪轂等多種復(fù)雜形狀和不同材質(zhì)的鋁制壓鑄件，拓寬了應(yīng)用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，高精度電流傳感器的測量精度不低于±5％，高精度電流傳感器緊密連接在主軸電機供電線路上，確保能準確捕捉電流變化信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，波動能量函數(shù)為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，采用智能優(yōu)化算法對工藝參數(shù)優(yōu)化模型進行求解是采用遺傳算法，設(shè)定種群規(guī)模為100，交叉概率為0.8，變異概率為0.1，迭代次數(shù)為200次。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，在采用遺傳算法求解工藝參數(shù)優(yōu)化模型時，種群個體的編碼方式采用二進制與實數(shù)混合編碼，對于具有連續(xù)取值范圍的參數(shù)，采用實數(shù)編碼以提高搜索精度和效率；對于在一定范圍內(nèi)離散取值的參數(shù)，采用二進制編碼方便進行基因操作和遺傳運算。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，在構(gòu)建波動能量函數(shù)和加工時間函數(shù)時，引入動態(tài)修正因子。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于數(shù)控機床的鋁制壓鑄件毛刺清理加工參數(shù)優(yōu)化方法，以數(shù)控機床為運動執(zhí)行裝置，開展毛刺清理過程中的主軸電流波動特性分析，構(gòu)建毛刺清理過程波動能量函數(shù)與加工時間函數(shù)，并通過實驗擬合的方式建立工藝參數(shù)對振動能量函數(shù)、時間函數(shù)的影響規(guī)律，構(gòu)建面向減少波動、提高加工效能的鋁制件毛刺清理工藝參數(shù)優(yōu)化模型，再通過智能優(yōu)化算法開展模型的優(yōu)化求解，最后在數(shù)控系統(tǒng)進行工藝參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的集成。本發(fā)明根據(jù)毛刺清理過程中切削力變化引起的主軸電流波動，對主軸轉(zhuǎn)速、軸向進給量、工作臺轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)的優(yōu)化，有效減少了切削力波動，從而提升了毛刺清理過程的穩(wěn)定性，能夠更精準地去除鋁制壓鑄件上的毛刺。

技術(shù)研發(fā)人員：李波,羅清旭,付文杰,薛睿,戴桂月
受保護的技術(shù)使用者：湖北文理學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8