本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)控制，特別是基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著智能制造和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，鑄件加工領(lǐng)域逐漸從傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)控轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化精密加工。傳統(tǒng)的鑄件加工方法主要依賴(lài)通用加工參數(shù)（如進(jìn)給速度、切削深度和刀具轉(zhuǎn)速）來(lái)進(jìn)行粗加工和精加工。然而，由于鑄件在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的溫度梯度和不均勻的硬化效應(yīng)，傳統(tǒng)方法難以根據(jù)不同區(qū)域的冷卻速率進(jìn)行加工優(yōu)化，導(dǎo)致鑄件表面粗糙度和硬度不均，影響了加工質(zhì)量的一致性。此外，傳統(tǒng)方法大多缺乏實(shí)時(shí)的溫度與輪廓數(shù)據(jù)反饋，往往需要通過(guò)試切和調(diào)試來(lái)逐步優(yōu)化加工參數(shù)，導(dǎo)致了加工效率低、表面質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，一些基于計(jì)算機(jī)控制的加工方法已開(kāi)始應(yīng)用溫度傳感器和輪廓測(cè)量設(shè)備獲取鑄件的溫度和表面形貌數(shù)據(jù)，以提高加工控制的精度和實(shí)時(shí)性。然而，這些技術(shù)在應(yīng)用溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行冷卻速率分析和區(qū)域劃分上存在一定局限，通常未能充分利用冷卻速率的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)分區(qū)設(shè)定加工參數(shù)。此外，現(xiàn)有粗糙度監(jiān)測(cè)技術(shù)存在數(shù)據(jù)反饋滯后問(wèn)題，導(dǎo)致即便檢測(cè)到表面粗糙度超出預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)也難以及時(shí)調(diào)整加工參數(shù)，無(wú)法在快速冷卻區(qū)域和慢速冷卻區(qū)域中進(jìn)行差異化加工。因此，現(xiàn)有技術(shù)在冷卻速率差異管理、實(shí)時(shí)反饋調(diào)控和加工參數(shù)優(yōu)化方面仍存在不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

2、因此，本發(fā)明提供了基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法，能夠解決背景技術(shù)中提到的問(wèn)題。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法，其包括，

5、采集鑄件表面溫度參數(shù)及鑄件加工表面輪廓數(shù)據(jù)；

6、根據(jù)所述鑄件表面溫度參數(shù)計(jì)算鑄件冷卻速率，并基于所述鑄件冷卻速率劃分鑄件表面加工區(qū)域，將所述鑄件表面劃分為快速冷卻區(qū)域和慢速冷卻區(qū)域；

7、分析所述鑄件加工表面輪廓數(shù)據(jù)，計(jì)算出鑄件表面粗糙度值，并將所述鑄件表面粗糙度值與預(yù)設(shè)粗糙度閾值比對(duì)；

8、當(dāng)所述鑄件表面粗糙度值大于所述預(yù)設(shè)粗糙度閾值時(shí)，向數(shù)控機(jī)床發(fā)送加工補(bǔ)償指令，調(diào)整刀具進(jìn)給速度及切削深度；

9、基于所述快速冷卻區(qū)域和所述慢速冷卻區(qū)域的溫度差異，分別設(shè)定對(duì)應(yīng)的刀具轉(zhuǎn)速參數(shù)，完成鑄件表面精加工。

10、作為本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述鑄件冷卻速率的計(jì)算包括：

11、將所述數(shù)據(jù)緩存區(qū)內(nèi)連續(xù)采集的鑄件表面溫度參數(shù)按時(shí)間序列進(jìn)行分組；

12、對(duì)于任意測(cè)溫點(diǎn)計(jì)算其溫度變化率；

13、對(duì)所述溫度變化率進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理，得到處理后的溫度變化率；

14、基于處理后的溫度變化率計(jì)算鑄件冷卻速率；

15、其中，所述鑄件冷卻速率與預(yù)設(shè)的冷卻速率閾值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)大于所述冷卻速率閾值時(shí)，將該點(diǎn)標(biāo)記為快速冷卻區(qū)域，反之標(biāo)記為慢速冷卻區(qū)域。

16、作為本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述溫度變化率的計(jì)算如下式所示：

17、，

18、其中，為時(shí)刻的溫度值，為時(shí)間間隔，為溫度補(bǔ)償系數(shù)，其計(jì)算公式為：

19、，

20、其中，為材料特性系數(shù)，為參考溫度；

21、所述處理后的溫度變化率的計(jì)算如下式所示：

22、，

23、其中，為權(quán)重系數(shù)，滿(mǎn)足：

24、，

25、其中，為數(shù)據(jù)點(diǎn)序號(hào)，為濾波窗口長(zhǎng)度，為標(biāo)準(zhǔn)差參數(shù)，為窗口內(nèi)第個(gè)位置的溫度變化率值；

26、所述鑄件冷卻速率的計(jì)算如下式所示：

27、，

28、其中，為點(diǎn)到最近邊界的距離，為標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，為權(quán)重系數(shù)。

29、作為本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述鑄件表面粗糙度值根據(jù)算術(shù)平均偏差值、最大輪廓高度值、輪廓峰度值以及偏斜度值加權(quán)計(jì)算得出；

30、所述鑄件表面粗糙度值的計(jì)算如下式所示：

31、，

32、其中，質(zhì)量修正因子為：

33、，

34、其中，λ為修正系數(shù)，為數(shù)據(jù)可信度評(píng)估值，計(jì)算如下式所示：

35、，

36、其中，為粗糙度參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，為平均值，為算術(shù)平均偏差值，為最大輪廓高度值，為輪廓峰度值，為偏斜度值，，，，分別為算術(shù)平均偏差值、最大輪廓高度值、輪廓峰度值以及偏斜度值的權(quán)重，，，，分別為算術(shù)平均偏差值、最大輪廓高度值、輪廓峰度值以及偏斜度值的標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)值。

37、作為本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述算術(shù)平均偏差值的計(jì)算包括對(duì)每個(gè)評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)的所有采樣點(diǎn)，計(jì)算其到基準(zhǔn)線(xiàn)的垂直距離絕對(duì)值，并求取平均值；

38、所述最大輪廓高度值的計(jì)算為求取評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)的最高點(diǎn)至最低點(diǎn)的垂直距離；

39、所述輪廓峰度值和所述偏斜度值表征鑄件表面微觀(guān)形貌的統(tǒng)計(jì)特性。

40、作為本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述輪廓峰度值的計(jì)算如下式所示：

41、，

42、其中，采樣權(quán)重為：

43、，

44、其中，為采樣調(diào)節(jié)系數(shù)，為有效采樣點(diǎn)數(shù)量，為算術(shù)平均偏差值；

45、所述偏斜度值的計(jì)算如下式所示：

46、，

47、其中，鄰域影響因子為：

48、，

49、其中，為影響系數(shù)，為局部高度變化率，為最大局部高度變化率，為是基準(zhǔn)線(xiàn)擬合函數(shù)在點(diǎn)處的值，為離散采樣點(diǎn)位置處的濾波后高度值。

50、作為本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：當(dāng)所述鑄件表面粗糙度值大于所述預(yù)設(shè)粗糙度閾值時(shí)，判斷超限狀況；

51、所述超限狀況包括輕度、中度和嚴(yán)重，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的補(bǔ)償策略和控制強(qiáng)度。

52、作為本發(fā)明所述基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述補(bǔ)償策略和控制強(qiáng)度包括：

53、當(dāng)輕度超限時(shí)，僅對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行小幅度降低，將所述進(jìn)給速度控制在原值的百分之九十五到百分之九十之間保持切削深度不變，并且補(bǔ)償周期短，為標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間的四分之一；

54、當(dāng)出現(xiàn)中度超限時(shí)，調(diào)整進(jìn)給速度和切削深度兩個(gè)參數(shù)，進(jìn)給速度降低到原值的百分之八十到百分之九十，切削深度減小百分之五到百分之十，補(bǔ)償周期延長(zhǎng)到標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間的三分之一；

55、當(dāng)嚴(yán)重超限時(shí)，進(jìn)給速度大幅降低至原值的百分之七十到百分之八十，切削深度減小百分之十到百分之十五，同時(shí)延長(zhǎng)補(bǔ)償周期至標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間的二分之一。

56、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析的鑄件加工參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，其包括：

57、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集鑄件表面溫度參數(shù)及鑄件加工表面輪廓數(shù)據(jù)；

58、冷卻劃分模塊，用于根據(jù)所述鑄件表面溫度參數(shù)計(jì)算鑄件冷卻速率，并基于所述鑄件冷卻速率劃分鑄件表面加工區(qū)域，將所述鑄件表面劃分為快速冷卻區(qū)域和慢速冷卻區(qū)域；

59、補(bǔ)償模塊，用于分析所述鑄件加工表面輪廓數(shù)據(jù)，計(jì)算出鑄件表面粗糙度值，并將所述鑄件表面粗糙度值與預(yù)設(shè)粗糙度閾值比對(duì)；當(dāng)所述鑄件表面粗糙度值大于所述預(yù)設(shè)粗糙度閾值時(shí)，向數(shù)控機(jī)床發(fā)送加工補(bǔ)償指令，調(diào)整刀具進(jìn)給速度及切削深度；

60、參數(shù)設(shè)定模塊，用于基于所述快速冷卻區(qū)域和所述慢速冷卻區(qū)域的溫度差異，分別設(shè)定對(duì)應(yīng)的刀具轉(zhuǎn)速參數(shù)，完成鑄件表面精加工。

61、本發(fā)明有益效果為：通過(guò)高精度傳感器陣列實(shí)時(shí)采集鑄件加工過(guò)程中的溫度和表面輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)合改進(jìn)的數(shù)學(xué)模型對(duì)冷卻速率進(jìn)行精確計(jì)算和區(qū)域劃分，同時(shí)采用多參數(shù)融合的方式對(duì)表面質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，建立了一套完整的閉環(huán)自適應(yīng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)。該方案的顯著優(yōu)勢(shì)在于：能夠準(zhǔn)確識(shí)別鑄件表面的溫度梯度分布特征，實(shí)現(xiàn)快慢冷卻區(qū)域的精確劃分；通過(guò)改進(jìn)的三次樣條插值算法，保證了區(qū)域邊界的平滑過(guò)渡；采用多維度的表面粗糙度評(píng)價(jià)體系，結(jié)合分級(jí)補(bǔ)償策略，實(shí)現(xiàn)了加工參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控；最終通過(guò)差異化的刀具轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)定，有效解決了不同冷卻區(qū)域的加工質(zhì)量問(wèn)題，顯著提升了鑄件表面加工精度和一致性。