本技術(shù)涉及零件加工領(lǐng)域，尤其涉及一種薄壁工件銑削加工控制方法、相應(yīng)的裝置、電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、薄壁工件具有高強(qiáng)度和輕量化的特征，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，比如飛機(jī)的支架、機(jī)身等關(guān)鍵部分，但薄壁工件的銑削加工容易出現(xiàn)顫振現(xiàn)象，所謂顫振就是當(dāng)?shù)毒吲c薄壁工件之間的切削力達(dá)到一定臨界值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的自激振動(dòng)，即顫振。這種現(xiàn)象不僅會(huì)導(dǎo)致加工表面粗糙度增加，還會(huì)引起薄壁工件尺寸的偏差和加工精度的下降。顫振現(xiàn)象的產(chǎn)生有多種因素，包括刀具的剛性、工件的夾持方式、切削參數(shù)的選擇、機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性以及加工環(huán)境的穩(wěn)定性等。

2、傳統(tǒng)的薄壁工件銑削加工方法通常需要在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行多次試切和調(diào)整，以確定最佳的加工參數(shù)和工藝流程，這種方法不僅占用了大量的機(jī)床資源，而且由于薄壁工件的復(fù)雜形狀和材料特性，加工成功率往往不高，需要反復(fù)調(diào)整和試驗(yàn)，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和人力資源，同時(shí)，加工過程中容易受到振動(dòng)、工件變形等問題的影響，進(jìn)一步增加了加工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

3、綜上所述，適應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的薄壁工件銑削加工方法通常需要在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行多次試切和調(diào)整，不僅占用了大量的機(jī)床資源，而且由于薄壁工件的復(fù)雜形狀和材料特性，加工成功率往往不高，需要反復(fù)調(diào)整和試驗(yàn)，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和人力資源等問題，本技術(shù)人出于解決該問題的考慮作出相應(yīng)的探索。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于解決上述問題而提供一種薄壁工件銑削加工控制方法、相應(yīng)的裝置、電子設(shè)備及計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、為滿足本技術(shù)的各個(gè)目的，本技術(shù)采用如下技術(shù)方案：

3、適應(yīng)本技術(shù)的目的之一而提出的一種薄壁工件銑削加工控制方法，包括：

4、響應(yīng)薄壁工件銑削振動(dòng)抑制指令，確定切削力相對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)、系統(tǒng)傳遞函數(shù)、系統(tǒng)阻尼比以及系統(tǒng)阻尼頻率，其中，所述系統(tǒng)傳遞函數(shù)由系統(tǒng)固有頻率以及系統(tǒng)阻尼比所構(gòu)建；

5、基于以最小化系統(tǒng)振動(dòng)的主軸轉(zhuǎn)速控制模型根據(jù)所述切削力相對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)、系統(tǒng)傳遞函數(shù)、系統(tǒng)阻尼比以及系統(tǒng)阻尼頻率，確定薄壁工件主軸相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)主軸轉(zhuǎn)速；

6、響應(yīng)系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化指令，確定所述薄壁工件的總切割材料體積以及總能源消耗，基于所述總切割材料體積以及所述總能源消耗，構(gòu)建以最小化所述總能源消耗和最大化所述總切割材料體積的系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型；

7、基于預(yù)設(shè)的鯨魚優(yōu)化算法求解所述系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型，以確定最優(yōu)系統(tǒng)控制參數(shù)，其中，所述系統(tǒng)控制參數(shù)表征由比例增益、積分增益、微分增益以及前饋控制所構(gòu)建的系統(tǒng)控制參數(shù)組合；

8、基于所述薄壁工件主軸相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)主軸轉(zhuǎn)速以及最優(yōu)系統(tǒng)控制參數(shù)，控制待銑削薄壁工件進(jìn)行加工，以完成薄壁工件銑削的加工控制。

9、可選的，構(gòu)建主軸轉(zhuǎn)速控制模型的步驟,包括：

10、對(duì)切削力進(jìn)行快速傅里葉變換，以確定所述切削力相對(duì)應(yīng)頻譜函數(shù)；

11、確定簡化的二自由度振動(dòng)模型中薄壁工件與刀具之間的動(dòng)態(tài)剛度以及薄壁工件和刀具的等效質(zhì)量，基于所述薄壁工件與刀具之間的動(dòng)態(tài)剛度以及所述薄壁工件和刀具的等效質(zhì)量，確定所述系統(tǒng)固有頻率；

12、確定所述系統(tǒng)阻尼比，根據(jù)所述系統(tǒng)固有頻率以及所述系統(tǒng)阻尼比，計(jì)算確定所述系統(tǒng)阻尼頻率；

13、基于所述系統(tǒng)固有頻率以及所述系統(tǒng)阻尼比，以構(gòu)建系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；

14、基于所述切削力相對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)、系統(tǒng)傳遞函數(shù)、系統(tǒng)阻尼比以及系統(tǒng)阻尼頻率，以構(gòu)建以最小化系統(tǒng)振動(dòng)的主軸轉(zhuǎn)速控制模型。

15、可選的，所述簡化的二自由度振動(dòng)模型的表達(dá)式為:

16、

17、其中，其中，代表薄壁工件在t時(shí)刻的振動(dòng)位移，代表薄壁工件的振動(dòng)速度，x(t)代表薄壁工件的振動(dòng)加速度，m表示薄壁工件和刀具的等效質(zhì)量，c是阻尼系數(shù)，k是薄壁工件與刀具之間的動(dòng)態(tài)剛度，f(t)表示切削力。

18、可選的，所述切削力相對(duì)應(yīng)頻譜函數(shù)的表達(dá)式為：

19、f(w)＝fft(f(t))，

20、其中，f(w)表示切削力相對(duì)應(yīng)頻譜函數(shù)；

21、所述系統(tǒng)固有頻率的表達(dá)式為：

22、

23、其中，wn表示系統(tǒng)固有頻率；

24、所述系統(tǒng)阻尼頻率的表達(dá)式為：

25、

26、其中，wd表示系統(tǒng)阻尼頻率，ζ表示系統(tǒng)阻尼比；

27、所述系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的表達(dá)式為：

28、

29、其中，w表示主軸轉(zhuǎn)速；

30、以最小化系統(tǒng)振動(dòng)的主軸轉(zhuǎn)速控制模型的表達(dá)式為：

31、minw|h(w)f(w)|。

32、可選的，確定所述薄壁工件的總切割材料體積以及總能源消耗，基于所述總切割材料體積以及所述總能源消耗，構(gòu)建以最小化所述總能源消耗和最大化所述總切割材料體積的系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型的步驟，包括：

33、所述薄壁工件的總切割材料體積的目標(biāo)函數(shù)為：

34、

35、其中，a(t)是隨時(shí)間變化的切削面積，mtotal表示薄壁工件的總切割材料體積；

36、所述薄壁工件的總能源消耗的目標(biāo)函數(shù)為：

37、

38、其中，ewaste表示薄壁工件的總能源消耗，s(t)是隨時(shí)間變化的主軸轉(zhuǎn)速，sop是最佳轉(zhuǎn)速，當(dāng)所述主軸轉(zhuǎn)速大于該最佳轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電力資源的浪費(fèi)；

39、系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型的表達(dá)式為：

40、f(x)＝mtotal+ewaste。

41、可選的，基于預(yù)設(shè)的鯨魚優(yōu)化算法求解所述系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型，以確定最優(yōu)系統(tǒng)控制參數(shù)的步驟，包括：

42、調(diào)用預(yù)設(shè)的鯨魚優(yōu)化算法，基于所述鯨魚優(yōu)化算法求解所述系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型，確定所述鯨魚優(yōu)化算法的初始參數(shù)，所述初始參數(shù)包括種群大小以及迭代次數(shù)；

43、根據(jù)所述種群大小隨機(jī)初始化鯨魚種群，以生成初始的鯨魚個(gè)體，其中，所述鯨魚個(gè)體表征由比例增益、積分增益、微分增益以及前饋控制所構(gòu)建的系統(tǒng)控制參數(shù)組合；

44、對(duì)每個(gè)迭代步驟，計(jì)算每條鯨魚個(gè)體的適應(yīng)度目標(biāo)函數(shù)值，并根據(jù)所述適應(yīng)度目標(biāo)函數(shù)值更新每個(gè)鯨魚個(gè)體的位置和速度；

45、在算法的迭代過程中，選擇適應(yīng)度目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的鯨魚個(gè)體作為最優(yōu)的系統(tǒng)控制參數(shù)組合；

46、當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的所述迭代次數(shù)或者滿足收斂條件時(shí)，結(jié)束優(yōu)化過程，得到最優(yōu)的由比例增益、積分增益、微分增益以及前饋控制所構(gòu)建的系統(tǒng)控制參數(shù)組合。

47、可選的，所述最佳轉(zhuǎn)速為2000r/min。

48、適應(yīng)本技術(shù)的另一目的而提供的一種薄壁工件銑削加工控制裝置，包括：

49、數(shù)據(jù)獲取模塊，設(shè)置為響應(yīng)薄壁工件銑削振動(dòng)抑制指令，確定切削力相對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)、系統(tǒng)傳遞函數(shù)、系統(tǒng)阻尼比以及系統(tǒng)阻尼頻率，其中，所述系統(tǒng)傳遞函數(shù)由系統(tǒng)固有頻率以及系統(tǒng)阻尼比所構(gòu)建；

50、最優(yōu)轉(zhuǎn)速確定模塊，設(shè)置為基于以最小化系統(tǒng)振動(dòng)的主軸轉(zhuǎn)速控制模型根據(jù)所述切削力相對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)、系統(tǒng)傳遞函數(shù)、系統(tǒng)阻尼比以及系統(tǒng)阻尼頻率，確定薄壁工件主軸相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)主軸轉(zhuǎn)速；

51、參數(shù)優(yōu)化模型構(gòu)建模塊，設(shè)置為響應(yīng)系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化指令，確定所述薄壁工件的總切割材料體積以及總能源消耗，基于所述總切割材料體積以及所述總能源消耗，構(gòu)建以最小化所述總能源消耗和最大化所述總切割材料體積的系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型；

52、最優(yōu)參數(shù)組合確定模塊，設(shè)置為基于預(yù)設(shè)的鯨魚優(yōu)化算法求解所述系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型，以確定最優(yōu)系統(tǒng)控制參數(shù)，其中，所述系統(tǒng)控制參數(shù)表征由比例增益、積分增益、微分增益以及前饋控制所構(gòu)建的系統(tǒng)控制參數(shù)組合；

53、銑削加工控制模塊，設(shè)置為基于所述薄壁工件主軸相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)主軸轉(zhuǎn)速以及最優(yōu)系統(tǒng)控制參數(shù)，控制待銑削薄壁工件進(jìn)行加工，以完成薄壁工件銑削的加工控制。

54、適應(yīng)本技術(shù)的另一目的而提供的一種電子設(shè)備，包括中央處理器和存儲(chǔ)器，所述中央處理器用于調(diào)用運(yùn)行存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)程序以執(zhí)行本技術(shù)所述薄壁工件銑削加工控制方法的步驟。

55、適應(yīng)本技術(shù)的另一目的而提供的一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其以計(jì)算機(jī)可讀指令的形式存儲(chǔ)有依據(jù)所述薄壁工件銑削加工控制方法所實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被計(jì)算機(jī)調(diào)用運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的方法所包括的步驟。

56、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的薄壁工件銑削加工方法通常需要在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行多次試切和調(diào)整，不僅占用了大量的機(jī)床資源，而且由于薄壁工件的復(fù)雜形狀和材料特性，加工成功率往往不高，需要反復(fù)調(diào)整和試驗(yàn)，耗費(fèi)了大量的時(shí)間和人力資源等問題，本技術(shù)包括但不限于如下有益效果：

57、其一，本技術(shù)構(gòu)建了一種基于數(shù)字孿生的薄壁工件銑削加工框架，該框架利用虛實(shí)結(jié)合技術(shù)，保障薄壁工件在實(shí)際加工場景中的效率和質(zhì)量；

58、其二，本技術(shù)設(shè)計(jì)了一種薄壁工件的主軸轉(zhuǎn)速控制模型，該模型通過調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)控制方法，有效減少顫振和變形，提高加工精度，提升整體加工效率和產(chǎn)品合格率；

59、其三，本技術(shù)構(gòu)建了一種基于預(yù)設(shè)的鯨魚優(yōu)化算法求解系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型的方法，該方法基于鯨魚優(yōu)化算法具有強(qiáng)大的全局搜索能力和快速收斂特性，能夠自動(dòng)優(yōu)化pid控制器參數(shù)以及前饋控制，提高系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度；

60、其四，本技術(shù)基于預(yù)設(shè)的鯨魚優(yōu)化算法求解系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化模型的方法，通過確定pid控制器參數(shù)以及前饋控制的最佳組合，能夠有效提高切削效率和減少能源浪費(fèi)。