双贝叶斯加工条件选择方法、装置及存储介质

本发明涉及数控机床切削加工，特别是涉及一种双贝叶斯加工条件选择方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、在金属切削加工中，通常可通过提高主轴转速、轴向切深、径向切深以及每齿进给量来提升材料去除率，从而提高加工生产率。然而，过于激进的切削加工条件易诱发再生颤振等问题，反而降低了加工效率和质量。为了解决这个问题，需要选择合适的加工条件。

2、传统的切削加工条件选择主要依赖工艺手册数据、操作人员经验、试切试验、试验设计或穷举式网格搜索，但这些方式耗时耗力。部分进阶方案则引入稳定性叶瓣图或切削时域仿真，然而，这些方案常采用加工前离线测的静止模态参数计算颤振边界，参数选定后无法随加工进程动态校准更新，难以兼顾颤振安全与效率。

技术实现思路

1、本发明的目的为解决上述背景技术中提出的问题，提供一种双贝叶斯加工条件选择方法、装置及存储介质。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一种双贝叶斯加工条件选择方法，所述加工条件包括主轴转速n、轴向切深、径向切深和每齿进给量，所述方法包括：

4、构建第一贝叶斯物理模型校准层，所述第一贝叶斯物理模型校准层包括多个物理模型粒子，每个所述物理模型粒子包括不确定模态参数和切削过程参数；

5、接收在刀具与工件动态啮合并去除材料的加工期间获得的工艺反馈记录，所述工艺反馈记录包括加工条件和稳定性观测；

6、针对每条所述工艺反馈记录，将所述加工条件下的加工结果观测与各所述物理模型粒子在该加工条件下的物理稳定性评价结果进行比较，计算粒子特定似然，并根据所述粒子特定似然更新各所述物理模型粒子的概率，以获得后验物理模型；

7、由所述后验物理模型重建后验稳定概率信息，并基于所述后验稳定概率信息确定底部连通保守安全包络；

8、通过强制层间稳定性接口，将所述后验稳定概率信息和所述底部连通保守安全包络作为强制可行性约束提供给第二贝叶斯安全工艺优化层；

9、在所述第二贝叶斯安全工艺优化层中，生成候选池并通过强制约束筛选形成可行子集，仅在所述可行子集内且在所述后验稳定概率信息和所述底部连通保守安全包络所限定的后验安全域内，维护第二贝叶斯响应代理模型并通过所述第二贝叶斯响应代理模型对生产率相关响应或非稳定性响应进行建模，以及通过贝叶斯采集函数选择下一加工条件；以及

10、将所选择的加工条件施加于加工系统或进行仿真，并将所得工艺状态监测结果返回所述第一贝叶斯物理模型校准层、所述第二贝叶斯安全工艺优化层或两者，以闭合双贝叶斯循环。

11、在其中一个实施例中，每个所述物理模型粒子包含主轴—刀柄—刀具系统的一个或多个刀具侧模态，以及工件—夹具—机床系统的一个或多个工件侧模态，每个模态包括固有频率、模态刚度、阻尼比、模态方向或模态参与参数；

12、所述加工稳定性评价器采用切削界面处刀具相对于工件的柔度；

13、当采用位置相关固有频率或振型预测器时，其输出在加工反馈似然更新之前作为先验或状态条件输入，且更新后的后验值允许偏离所述预测器输出；

14、对所述固有频率、模态刚度、阻尼比、模态参与、切削系数、过程阻尼参数或稳定性偏置项中的至少一个进行贝叶斯更新，改变稳定性叶瓣峰值主轴转速、叶瓣高度、主导模态或啮合相关稳定极限中的至少一个；

15、所述刀具侧模态参数为状态相关参数，并根据刀具磨损、刃口损伤、积屑瘤、跳动、主轴转速、热状态、切削载荷或主轴—刀柄连接状态相关的实际切削证据进行修正；

16、所述工件侧模态参数根据材料去除、接触位置变化、壁厚、剩余几何、夹具载荷或加工阶段而修正。

17、在其中一个实施例中，在不同径向切深、每齿进给量、工件区域或加工状态下获得的所述工艺反馈记录保留各自实际坐标；

18、所述粒子特定似然还包括频率似然，所述频率似然提高其预测主导刀具侧、工件侧或耦合颤振频率与测量颤振频率或相关齿通过边带相对应的粒子的权重。

19、在其中一个实施例中，当所述后验稳定概率超过选定稳定阈值，但所述工艺反馈记录表明颤振时，应用差异敏感似然，降低预测稳定粒子的权重，提高预测不稳定或符合观测颤振频率行为的粒子的相对权重，并在执行/推荐另一条件之前立即重建所述后验稳定概率信息和所述底部连通保守安全包络；

20、表明颤振的所述工艺反馈记录获取于实际材料去除加工期间，表示啮合运行状态。

21、在其中一个实施例中，根据所述后验物理模型的共享后验分布，在多个径向切深切片生成所述后验稳定概率信息；

22、在每一主轴转速处，所述底部连通安全包络沿轴向切深从最低轴向切深网格点独立向上追踪，并在第一个后验不安全点停止；

23、对于位于存储切片之间的候选径向切深，所述后验稳定概率和所述底部连通保守安全包络的安全轴向切深均通过相邻切片之间的有界插值求值。

24、在其中一个实施例中，所述可行子集进一步要求预测主轴功率p和预测主轴扭矩t满足：；

25、其中，和为转速相关的机床功率曲线和额定扭矩曲线；为可配置利用系数；落在所述机床额定功率曲线和额定扭矩曲线所定义的曲线域之外的候选被拒绝；切削力、进给速度、振动、表面质量、温度、刀具磨损、尺寸误差或反馈支持置信度还被施加为强制约束或概率约束。

26、在其中一个实施例中，所述第二贝叶斯响应代理模型采用解析计算、低成本仿真、选定时域仿真、测量加工响应或其组合进行训练；

27、所述第二贝叶斯响应代理模型的输入包括从主轴转速、轴向切深、径向切深和每齿进给量中选择的至少一个加工决策变量；

28、所述第二贝叶斯响应代理模型的建模对象为生产率相关响应、非稳定性响应、综合评分或物理模型残差；其中：x 表示加工参数；r(x) 表示在所述加工参数下获得的实际或测得工艺响应；表示基于当前物理参数估计值得到的物理模型预测响应； 表示所述实际或测得工艺响应与所述物理模型预测响应之间的残差。

29、所述贝叶斯采集函数包括期望改进、置信上界、改进概率、信息增益、超体积改进或其组合，但仅在应用所述第一贝叶斯物理模型校准层的后验稳定性和所述底部连通保守安全包络筛选之后进行评价。

30、在其中一个实施例中，所述候选池中的多个候选由低成本静态或准静态切削力模型评价，以计算力、变形、主轴功率、主轴扭矩、材料去除率或响应代理训练值中的至少一个；

31、选定候选、初始设计点、高后验分歧点、边界验证点或短名单候选被选择性地通过再生时域动态切削仿真或实际加工操作评价；

32、所得响应被赋予保真度或不确定性，并作为所述第一贝叶斯物理模型校准层的物理模型粒子、所述第二贝叶斯响应代理模型或二者的证据。

33、本发明还提供如下技术方案：

34、一种装置，包括一个或多个处理器以及存储指令的存储器，所述指令由所述一个或多个处理器执行时，使所述装置执行上述任一项所述的方法。

35、本发明还提供如下技术方案：

36、一种存储介质，其上存储有指令，所述指令由一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行上述任一项所述的方法。

37、本发明的效果：

38、本发明请求保护的一种双贝叶斯加工条件选择方法、装置及存储介质，通过刀具与工件动态啮合的实际材料去除加工期间获得的反馈修正物理稳定性模型，而不是仅依赖静止模态试验、离线有限元计算或预计算仿真；同时捕捉与刀具磨损、刃口状态、积屑瘤、跳动、切削载荷、热状态或主轴—刀柄状态有关的当前有效刀具侧动力学变化，以及由材料去除、接触位置、剩余几何和夹具载荷引起的工件侧变化；根据实际切削行为以概率方式推断瞬态或运行状态模态参数，无需在生产加工期间直接实时进行模态试验；支持根据实际材料去除加工期间获取的存储记录进行即时在线、近实时、切削后、周期性以及异步或批量后验修正。本发明能够在加工前或加工过程中，选出满足稳定性和机床安全约束，并提高材料去除率的主轴转速、轴向切深、径向切深和每齿进给量组合，实现颤振安全与效率最优兼顾。