体如下：
[0135]1)用Matlab语言描述前述的优化目标函数CoSt(X)，将此函数按照Mat1ab语法(@cost)设置为遗传算法的适应度函数（fitnessfunctions),设置变量数量（Numberof variable)为37。
[0136] 2)将机床精度上下边界era,erb分别转化为两个列向量era和erb，然后置入算法的边 界(Bounds)中。
[0137] 3)由于本发明方法中不存在非线性约束，故不需要设置算法中的线性约束等式 (Aeq，beq)和线性约束不等式(A，b)。且由于本优化问题中不存在整数变量问题，也不需要设 置整数变量标识（integervariableindices)选项。
[0138] 4)本发明将前述的约束不等式转化为函数〔〇113化日;[]11化]1(31:;[0]1^)=1^11(义）-1'，111 =1 ···]!，并依照Matlab语言描述为（OConstraintfunction)，设置到非线性约束方程 (Nonlinearconstraintfunction)选项中，Matlab遗传算法工具将认定为约束 Constraintfunction(x) =Nm(x)-T<0，m= 1·..η。
[0139] 5)对算法中的剩余参数进行设置，如种群大小(populationsize)可设置为50、确 定进化代数(Generation)为 100等、算法允差(Functiontolerance)为le-9等。由于Matlab 遗传算法工具能够自动设置上述参数为默认值，可不用特别设置，运里不再详述。
[0140] 6)执行Matlab遗传算法工具（点击Start)，经过计算后将得到优化的机床精度参 数，如表2所示。
[0141] 表2优化初始设置和优化后的机床精度参数
[0142]
【主权项】
1. 基于特征的机床精度优化设计方法，其特征是直接利用零件特征的加工精度要求来 进行机床精度优化设计，首先依据零件加工特征得到的零件特征的加工策略，结合零件特 征的加工精度要求与机床结构，建立零件特征的加工精度与机床精度的约束关系，并利用 成本信息建立优化设计目标函数，计算得到优化的机床精度设计参考值，建立机床精度优 化模型，完成机床精度优化设计;其中建立零件特征的加工精度与机床精度的约束关系时， 先根据机床结构构建机床精度与刀具位姿误差间的关系，然后根据零件特征的加工策略与 零件特征的加工精度要求构建得到零件特征的加工精度要求与刀具位姿误差间的约束关 系，最后以刀具位姿误差为中间桥梁得到机床精度与零件特征加工精度要求间的约束关 系。2. 根据权利要求1所述的基于特征的机床精度优化设计方法，其特征是所述根据机床 结构构建机床精度与刀具位姿误差间的关系具体为： 分析机床结构信息，得到机床的运动链，构建出机床部件k和相邻低等级机床部件j之 间的转换矩阵f，以及机床部件j相邻低等级机床部件q之间的转换矩阵冗:，即运动链的转 换矩阵：H、?^、A和I分别表示机床部件k相对于机床部件j的位置转换矩阵、位置误差 矩阵、运动转换矩阵和运动误差矩阵，7和!7；分别是机床部件j相对于机床部 件q的位置转换矩阵、位置误差矩阵、运动转换矩阵和运动误差矩阵;对于不相邻的机床部 件k相对于机床部件q转换矩阵7，有7=^7^7\其中位置误差矩阵和运动误差矩阵由机床 精度构成； 根据得到的机床部件间的转换矩阵计算机床加工时由机床误差导致的刀具位姿误差， 包括刀具位置误差[Ex，Ey，Ez]和刀具姿态误差^14」4 1{]，并以此建立机床误差与刀具位姿 误差间的关系，即机床精度与刀具位姿误差间的关系表达式如下： 其中Rw和Rt分别是刀位点在工件和切削刀具的坐标系下的位置坐标：和Vt分别是刀位点在工件和切削刀具的坐标系下的姿态坐标：fT为工件到床身的转换矩阵，"Jr为刀具到床身的转换矩阵，根据运动链的转换矩阵 计算得到。3. 根据权利要求2所述的基于特征的机床精度优化设计方法，其特征是所述构建得到 零件特征的加工精度要求与刀具位姿误差间的约束关系具体为： 根据不同特征的不同加工策略，对应构建需加工特征的加工精度要求与刀具位姿误差 间的约束关系： 根据刀具位姿误差与特征的加工精度要求之间的几何关系，计算每个特征的加工精度 要求相对于刀具位姿误差的函数关系Nm(Ex，Ey，Ez，Ei，Ej，Ek)，m=l. . .n，n由具体的特征精 度要求数目决定，对于特征的加工精度要求T，则形成以下约束： Nm(Ex，Ey，Ez，Ei，Ej，Ek)〈T〇4. 根据权利要求3所述的基于特征的机床精度优化设计方法，其特征是所述机床精度 与零件特征加工精度要求间的约束关系具体为： 根据得到不同特征的加工精度要求相对与刀具位姿误差的约束关系，以及机床精度与 刀具位姿误差间的关系，由此得到机床精度与零件特征加工精度要求间的约束关系，并参 考机床精度规范或经验提供的设计值范围[e ra，erb]构建如下约束，r为机床精度几何误差 项数：其中Xel，Xe2…Xct是机床精度的设计值。5. 根据权利要求1所述的基于特征的机床精度优化设计方法，其特征是所述利用成本 信息建立优化设计目标函数具体为:采用机床精度成本函数作为优化目标函数，首先选择 符合装配误差成本关系的幂指数的模型 C(x)=a+b/xe作为机床精度和成本之间的关系函 数，其中X为机床某一项精度，a、b、e为机床精度模糊成本的系数，c (X)为实现精度项X的装 配成本;其次，通过以下步骤确定模糊成本权重： 1) 以装配调试时间表示模糊装配成本，构建机床相邻体间的模糊装配成本权重wP:TP&TU分别表示第p对、第u对机床相邻体之间的装配调试耗时，TdPTu由实际中统计得 到，s表示机床相邻体的总对数； 2) 计算每项机床精度的模糊成本权重，设第p对相邻体共产生si项机床精度，则这si项 机床精度的模糊成本权重分别为：其中，α。表示在第p对相邻体中第〇个误差的成本权重系数，〇1表示在第p对相邻体中任 意一个误差的成本权重系数，α〇，α?由实际中统计得到； 最后形成机床精度成本关系优化目标函数：其中，Cost(x)为总的成本，C(XI)表示第I项机床精度的模糊成本;?为第I项机床精度 的分配值； 通过以上步骤以机床精度与特征加工精度间的约束为基础，以数控机床各功能部件之 间的机床精度为设计变量，数控机床模糊精度成本最小为目标，设计机床设计要求和用户 加工要求为约束，完成基于特征的机床精度设计优化模型的构建。
【专利摘要】基于特征的机床精度优化设计方法，直接利用零件的加工特征精度要求进行机床精度优化设计，依据零件加工特征得到的特征的加工策略，结合零件加工精度要求与机床结构建立零件的加工特征精度与机床精度的约束关系，并利用成本信息建立优化设计目标函数，计算得到优化的机床精度设计参考值。本发明方法解决了机床设计在机床精度设计过程中依赖经验和标准或反复试验导致的周期长、工作量大等问题，提供了精度设计依据，加强了机床设计企业面向机床用户的设计能力。
【IPC分类】G05B19/404
【公开号】CN105446264
【申请号】CN201510993109
【发明人】李迎光, 李海, 郝小忠, 李志翔
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月24日