一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统

技术领域

本发明涉及数控装备结构设计可靠性评估技术领域，尤其是涉及一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统。

背景技术

数控机床结构设计可靠性是指在要求规定期限内和规定的生产率下保持加工质量和实现机床用途所决定的结构设计过程的性能。也就是说，不仅要保证数控机床初始的高精度，而且要在规定的使用期限内保持其精度、效率和成本，数控机床结构设计可靠性关注的是数控机床在加工过程中功能和技术性能的保持性。数控机床结构设计可靠性评估技术是一种对数控机床结构设计可靠性进行定量化控制的必要手段之一，其主要目的是衡量数控机床是否达到预期的设计目标及使用要求，指出数控机床加工过程中的薄弱环节，为改进数控机床的设计、制造、结构设计与维护等指明方向。

由于大型数控机床本身的结构以及复杂的操作环境，机床失效的发生一般是很难被预测的，而各功能部件之间的失效影响，特征的失效概率特性，特征的失效增长以及变化的操作环境和变化的结构设计参数都增加了可靠性数据的复杂性。同时，与中、小型数控机床相比，大型数控机床不仅自身和被加工工件复杂庞大，而且加工负载变化大、加工行程大。随着用户对加工精度、加工效率和可靠性的要求越来越高，加工精度、进给速度、加速度、可靠性等加工参数也在不断提高，进而导致在传统加工条件下对加工精度影响不大的动态特性方面的因素，在高速度、高加速度和大变载的加工条件下对加工精度产生了显著的影响。

综观当前国内外研究进展与成果可知，在数控机床整机动态性能优化设计领域仍存在着以下明显的问题及亟待解决的技术难点：目前对数控装置运动控制性能的测评一般采用在数控机床上直接加工具备特定几何特征的试件,用加工得到的试件的最终几何尺寸来评判数控装置的运动控制性能，但是试件最终几何尺寸与加工精度受多方因素影响，除数控装置自身因素外，还有机床伺服进给系统位置误差、机床几何精度、以及试件的测量误差等，通过在机床上加工试件的方法不能对数控装置自身的运动控制性能作出准确地评定。将整机有限元分析结果与试验结果比对时，通常只是从机床的固有频率是否一致来判断整机建模的正确性，这样还不足以确定建立的整机动力学模型是否正确。

目前学者已经提出的模糊评价方法和灰色关联等方法能够解决在机床结构件优化设计中多方案、多评价指标难以取舍的难题，计算权重时也避免了设计人员的主观性，但缺点是评价过程结构层次不够分明，且在综合考虑机床结构件多种设计方案的质量、变形量、固有频率和应力等多项评价指标时没有提出科学系统的评价方法，本文构建的机床结构件模糊评价仿真优化设计方案可以解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统，综合考虑机床加工过程中各种因素对大型数控机床的功能和性能的影响，提高了结构设计可靠性的精确性。

第一方面，本发明提供了一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法，其特征在于，包括：

构建备选机床性能仿真优化模型，通过备选机床性能仿真优化模型得到备选结构指标；

对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标；

依据多个真实切削加工性能指标对备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型；

对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标；

构建机床性能仿真模糊评价方法，并将多个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件；

依据首选切削加工条件，执行运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，将首选真实切削加工性能指标与评价值最高的优化结构指标执行比较，得到机床的结构指标设计优化结果；

备选机床性能仿真优化模型包括静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型，备选结构指标基于静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型得到；

静态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（2）中i表示转台，

动态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（3）和（4）中

热变形性能仿真优化模型表征如下：

表达式（5）中

进一步地，对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标，具体包括：

设置机床的机床切削加工条件一和机床切削加工条件二；

分别依据机床切削加工条件一与机床切削加工条件二对机床执行运转监测，得到真实切削加工性能指标一与真实切削加工性能指标二；

依据多个真实切削加工性能指标对备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型，具体包括：

基于机床切削加工条件一，设置备选机床性能仿真优化模型中需修正的部分备选结构指标；

机床切削加工条件一经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能一；

比较真实切削加工性能指标一，与仿真结构指标性能一，当仿真结构指标性能一 与真实切削加工性能指标一之间相对误差

基于机床切削加工条件二，调整模糊修正结构指标，得到次级修正结构指标；

机床切削加工条件二经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能二；

比较真实切削加工性能指标二，与仿真结构指标性能二，当仿真结构指标性能二 与真实切削加工性能指标二之间相对误差

进一步地，对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标，具体包括：

根据静变形量的合理值范围[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，动变形量的合理值范围[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大应力的合理值范围[Forcemin，Forcemax]、复合运动偏差的合理值范围[MoveDemin,MoveDemax]，设定机床切削加工条件的合理值范围；

基于机床切削加工条件的合理值范围，通过均匀分布的方式，选择a个静变形量的取值、b个动变形量的取值、c个最大应力的取值、d个复合运动偏差的取值，得到P个原子切削加工条件，其中a，b，c，d均为正整数；

基于修正机床仿真模型，在P个原子切削加工条件下分别执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标。

进一步地，构建机床性能仿真模糊评价方法，并将P个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，具体包括：

构建机床性能仿真模糊评价方法，并基于P个优化结构指标，得到P个优化结构指标评价值；

将P个优化结构指标评价值中最高的评价值对应的优化结构指标设为评价值最高的优化结构指标，并将评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，

其中，首选切削加工条件的静变形水平值为Mx1、动变形水平值为DSHAPEx2、最大应力为Tx3、复合运动偏差为Px4；

机床性能仿真模糊评价方法

其中，

所述首选切削加工条件满足如下条件：

根据第二方面，本发明请求保护一种基于模糊评价的机床仿真优化设计系统，其特征在于，包括：

备选仿真优化模型构建模块：构建备选机床性能仿真优化模型，通过备选机床性能仿真优化模型得到备选结构指标；

运转监测模块：对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标；

修正模块：依据多个真实切削加工性能指标对机床仿真模型执行修正，得到修正机床仿真模型；

仿真拆分模块：对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标；

首选评价模块：构建机床性能仿真模糊评价方法，并将P个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件；

优化验证模块：依据首选切削加工条件，执行运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，将首选真实切削加工性能指标与评价值最高的优化结构指标执行比较，得到机床的结构指标设计优化结果；

备选机床性能仿真优化模型包括静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型，备选结构指标基于静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型得到；

静态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（2）中i表示转台，

动态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（3）和（4）中

热变形性能仿真优化模型表征如下：

表达式（5）中

进一步地，对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标，具体包括：

设置机床的机床切削加工条件一和机床切削加工条件二；

分别依据机床切削加工条件一与机床切削加工条件二对机床执行运转监测，得到真实切削加工性能指标一与真实切削加工性能指标二；

依据多个真实切削加工性能指标对备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型，具体包括：

基于机床切削加工条件一，设置备选机床性能仿真优化模型中需修正的部分备选结构指标；

机床切削加工条件一经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能一；

比较真实切削加工性能指标一，与仿真结构指标性能一，当仿真结构指标性能一 与真实切削加工性能指标一之间相对误差

基于机床切削加工条件二，调整模糊修正结构指标，得到次级修正结构指标；

机床切削加工条件二经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能二；

比较真实切削加工性能指标二，与仿真结构指标性能二，当仿真结构指标性能二 与真实切削加工性能指标二之间相对误差

进一步地，对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标，具体包括：

根据静变形量的合理值范围[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，动变形量的合理值范围[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大应力的合理值范围[Forcemin，Forcemax]、复合运动偏差的合理值范围[MoveDemin,MoveDemax]，设定机床切削加工条件的合理值范围；

基于机床切削加工条件的合理值范围，通过均匀分布的方式，选择SSHAPE个静变形量的取值、Dy个动变形量的取值、Fmax个最大应力的取值、MoveDe个复合运动偏差的取值，得到P个原子切削加工条件，其中SSHAPE、Dy、Fmax、MoveDe均为正整数；

基于修正机床仿真模型，在P个原子切削加工条件下分别执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标。

进一步地，构建机床性能仿真模糊评价方法，并将P个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，具体包括：

构建机床性能仿真模糊评价方法，并基于P个优化结构指标，得到P个优化结构指标评价值；

将P个优化结构指标评价值中最高的评价值对应的优化结构指标设为评价值最高的优化结构指标，并将评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，

其中，首选切削加工条件的静变形水平值为Mx1、动变形水平值为DSHAPEx2、最大应力为Tx3、复合运动偏差为Px4；

机床性能仿真模糊评价方法

其中，

所述首选切削加工条件满足如下条件：

本发明提出的一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法和系统，通过仿真手段与试验手段的相互耦合，构建备选机床性能仿真优化模型，执行运转监测，得到机床在机床切削加工条件下的真实切削加工性能指标并对模型执行修正，切削加工条件拆分处理后执行机床仿真分析，得到优化结构指标，基于模糊评价方法得到评价值最高的优化结构指标，以首选切削加工条件来执行运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，与评价值最高的优化结构指标执行比较，验证并输出机床的结构指标设计优化结果。本发明在综合考虑其材料选用、结构设计及优化的基础上，得能够综合研究人员的工程经验，把主观定性分析和客观数据定量计算相结合，能够避免单一定性分析或定量分析导致的片面性。

附图说明

图1为本申请实施例的一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法的整体流程示意图；

图2为本申请实施例的一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法的仿真模型与真实切削加工性能指标之间的验证与修正流程示意图；

图3为本申请实施例的一种基于模糊评价的机床仿真优化设计系统的结构模块图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。可以理解，本申请所使用的的术语“第一”、“第二”等可在本文本中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另外一个元件区分。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面将结合附图对本申请的实施例作进一步地详细描述。

图1为本申请实施例的一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法的整体流程示意图。以下通过具体计算实施例结合附图对发明方法的具体步骤执行说明。

根据第一实施例，本发明提供了一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法，其特征在于，包括：

步骤（1），构建备选机床性能仿真优化模型，通过备选机床性能仿真优化模型得到备选结构指标；

步骤（2），对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标；

步骤（3），依据多个真实切削加工性能指标对备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型；

步骤（4），对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标；

步骤（5），构建机床性能仿真模糊评价方法，并将多个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件；

步骤（6），依据首选切削加工条件，执行运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，将首选真实切削加工性能指标与评价值最高的优化结构指标执行比较，得到机床的结构指标设计优化结果；

备选机床性能仿真优化模型包括静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型，备选结构指标基于静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型得到；

静态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（2）中i表示转台，

动态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（3）和（4）中

热变形性能仿真优化模型表征如下：

表达式（5）中

进一步地，对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标，具体包括：

设置机床的机床切削加工条件一和机床切削加工条件二；

分别依据机床切削加工条件一与机床切削加工条件二对机床执行运转监测，得到真实切削加工性能指标一与真实切削加工性能指标二；

依据多个真实切削加工性能指标对备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型，具体包括：

基于机床切削加工条件一，设置备选机床性能仿真优化模型中需修正的部分备选结构指标；

机床切削加工条件一经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能一；

比较真实切削加工性能指标一，与仿真结构指标性能一，当仿真结构指标性能一 与真实切削加工性能指标一之间相对误差

基于机床切削加工条件二，调整模糊修正结构指标，得到次级修正结构指标；

机床切削加工条件二经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能二；

比较真实切削加工性能指标二，与仿真结构指标性能二，当仿真结构指标性能二 与真实切削加工性能指标二之间相对误差

进一步地，对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标，具体包括：

根据静变形量的合理值范围[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，动变形量的合理值范围[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大应力的合理值范围[Forcemin，Forcemax]、复合运动偏差的合理值范围[MoveDemin,MoveDemax]，设定机床切削加工条件的合理值范围；

基于机床切削加工条件的合理值范围，通过均匀分布的方式，选择a个静变形量的取值、b个动变形量的取值、c个最大应力的取值、d个复合运动偏差的取值，得到P个原子切削加工条件，其中a，b，c，d均为正整数；

基于修正机床仿真模型，在P个原子切削加工条件下分别执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标。

进一步地，构建机床性能仿真模糊评价方法，并将P个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，具体包括：

构建机床性能仿真模糊评价方法，并基于P个优化结构指标，得到P个优化结构指标评价值；

将P个优化结构指标评价值中最高的评价值对应的优化结构指标设为评价值最高的优化结构指标，并将评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，

其中，首选切削加工条件的静变形水平值为Mx1、动变形水平值为DSHAPEx2、最大应力为Tx3、复合运动偏差为Px4；

机床性能仿真模糊评价方法

其中，

所述首选切削加工条件满足如下条件：

根据本发明的另一实施例，对于机床的结构优化设计还可以包括：

1)对机床进行数字化性能指标仿真；

2)根据机床的性能指标对真实结构制造进行整体规划；

3)根据真实结构制造的整体规划构建真实结构制造的模糊评价模型，并对该模型进行集成与融合，生成仿真结构制造；

4)对仿真结构制造进行仿真验证；

5)根据仿真结果，若满足设计要求，则开始步骤6)，若整体规划不满足设计要求，返回步骤2)，若构建的模糊评价模型不满足设计要求，返回步骤3)；

6)根据验证后的仿真结构制造构建真实结构制造；

7)建立真实结构制造与仿真结构制造的双向映射关系，实现仿真结构制造对真实结构制造的管控。

1)中，对机床进行数字化性能指标仿真；对机床进行数字化性能仿真指标是以机床的三维数模为核心，用集成的三维实体模型代替传统二维工程图纸，并基于三维PMI标注信息、结构设计注释技术图解、三维仿真动画以及工序描述信 息等结构设计指导信息，完整表达机床显性几何尺寸信息及隐性结构设计信息，实现产品三维结构设计文件的全息表达。具体实施通过创建结构设计结构、进行结构设计路线设计，并完成详细性能指标，创建机床的三维模型，并三维标注。

2)中，根据机床的性能指标对真实结构制造进行整体规划：结构制造 的整体规划是指结合场地特点、机床 特点、特殊要求，确定设备选型与数量，确定各工序的切削加工内容，制定生产流 程与设备流转顺序；规划结构制造的整体排布，确定运动形式与运动路径。

3)中，根据真实结构制造的整体规划构建真实结构制造的模糊评价模 型，并对该模型进行集成与融合，生成仿真结构制造。

按照构件、运转流程、策略三个层面划分为结构制造的构件层建模、结构制造的运转流程层建模、结构制造的策略层建模。结构制造的构件主要就是设备，设备模糊评价 模型包括：设备三维模型、数字空间的位置信息、设备运转流程、虚实接口。具体实施方式在创建设备的三维模型，确定数字空间的位置信息，并将其建立设备模型库，并对具有 运动属性的设备进行运动机构建模和运动姿态建模，确定设备运转流程。

结构制造的运转流程层建模是在构件层模型基础上确定，加入驱动及扰动因素，对结构制造构件的顺序性、并发性、联动性等特征进行描述。具体实施方式是设置设备模糊评价模型虚实接口输入参数，在仿真时编写 相应的控制逻辑，以控制结构制造设备的顺序性、并发性、联动性运转流程。

策略层建模是将结构制造的策略规律映射到相应的构件模型和运转流程模型上。具体实施方式是建立全部构件模型的信号链接，设置运转流程模型控制逻辑的判断条件。

对结构制造模糊评价模型进行集成与融合，形成与现实世界中机床、工业机器人、工件、物料单元实时位置、位姿、速度、状态信息相一致的仿真结构制造。

4)中，对仿真结构制造进行仿真验证；结构制造的仿真仿真验证主要 根据零件的结构设计路线，将生产过程中所涉及的机床、机器人、物流系统以零件 实现过程进行仿真试运行，并以统一的三维表现形式进行可视化呈现。其实施 方式是编写PLC控制逻辑，作为仿真结构制造的仿真输入，仿真结构制造与实际PLC 之间的通信通过TCP/IP、现场总线或Ethernet等来实现。

5)中，根据仿真结果，计算出零件的生产节拍、设备利用率等信 息，若满足设计要求，则开始6)，若整体规划不满足设计要求，返回2)，若构建的模糊评价模型不满足设计要求，返回3)。

6)中，根据验证后的仿真结构制造构建真实结构制造；真实结构制造的 构建遵循结构设计布局要求，在现实世界构建的结构制造，贯通机床、工业机器人、 传感器、检测单元、仓储物流、管控平台等软硬件系统的信息流、实物流、控制流。

7)中，建立真实结构制造与仿真结构制造的双向映射关系，实现仿真 结构制造对真实结构制造的管控。真实数据通过PLC实时采集，结构制造管控系统读取实时数据，并将数据封装成统一的接口形式，以统一的数据 结构将真实数据输入到仿真模型中，实现真实数据到仿真模型的正向输入映射。仿真模型产生的仿真过程/结果数据则以特定格式表达的XML文件存储，经由数据处理分析模块产生反馈信息，从而建立负向反馈映射。仿真模型采用单步求解模式，与真实时间同步仿真；基于仿真模型与真实数据的双向映射技术，每个仿真单步均可接收到真实状态并实时注入到模型中，作为模型下一步求解的 输入条件，实时模拟实物的运行状态。

图2为本申请实施例的一种基于模糊评价的机床仿真优化设计方法的仿真模型与真实切削加工性能指标之间的验证与修正流程示意图；

具体的，步骤（2）还包括：

将机床放置于机床转台，并连接好气体供给管道、冲床负载等。待机床刚度性检测合格后，按照机床说明规定的初检切削加工条件对其执行初检，直至初检过程完成。

基于机床的测试和仿真需求，设置机床的机床切削加工条件一，机床切削加工条件一的静变形量为SSHAPE1、动变形量为DSHAPE1、最大应力为T1、复合运动偏差为P1；

基于机床的测试和仿真需求，设置机床的机床切削加工条件二，机床切削加工条件二的静变形量为SSHAPE2、动变形量为DSHAPE2、最大应力为T2、复合运动偏差为P2；

依据机床切削加工条件一与机床切削加工条件二对机床执行运转监测，得到真实切削加工性能指标一与真实切削加工性能指标二。

在一些实施例中，机床的测试和仿真需求通常是基于机床样品的指导手册选择的，也就是可以根据客户的需求，执行个性化定制，只要是在样品运行的切削加工条件区间，比如最大应力60-90，动变形量40%-100%等，那从中任取工况组合就可以（比如取最大应力60，动变形量40%），且针对所有工况具有普适性。

按照机床切削加工条件一的参数，设置转台的测试切削加工条件，对机床执行测试，得到其结构指标设计与变形量之间的关系图，即机床切削加工条件一下机床的极化曲线性能。

按照机床切削加工条件二的参数，设置转台的测试切削加工条件，对机床执行测试，得到其结构指标设计与变形量之间的关系图，即机床切削加工条件二下机床的极化曲线性能。

具体的，步骤（3）还包括：基于实测机床的结构与设计参数，设置仿真模型中对应参数：

在一些实施例中，径向轴承孔面积：200 mm

滑枕密度：7.9 g cm

滑枕刚度值：120 N/M；立柱刚度值：200 N/M；滑座刚度值：155 N/M；床身刚度值：180 N/M。

床身丝杠导程：10mm；滑座丝杠导程：12mm；立柱丝杠导程：20mm。

基于真实切削加工性能指标中切削加工条件1的参数，设置仿真模型中部分备选结构指标：

整床、结构件的静变形量分别为：75

整床、结构件的复合运动偏差分别为：18

整床、结构件的动变形量分别为：125

整床、结构件的最大应力分别为：125 Mpa，4.5Mpa，机床运行最大应力：80 Mpa。

在一些实施例中, 机床切削加工条件一经备选机床性能仿真优化模型处理后得 到仿真结构指标性能一；通过第一仿真真实切削加工性能指标中机床切削加工条件一的极 化曲线性能，对仿真模型执行修正，使得当仿真结构指标性能一与真实切削加工性能指标 一之间相对误差

经过计算得出，在第一轮模型修正过程中，机床切削加工条件一的仿真结果与真 实切削加工性能指标之间相对误差为7.3%，此时对应的复合运动偏差约为21

基于真实切削加工性能指标中机床切削加工条件二的参数，调整模糊修正结构指标，得到次级修正结构指标；

整床、结构件的静变形量分别为：45

整床、结构件的复合运动偏差分别为：24

整床、结构件的动变形量分别为：137

整床、结构件的最大应力分别为：168 Mpa，3.2Mpa，机床运行最大应力：75 Mpa。

基于仿真模型在机床切削加工条件二下的仿真结构指标性能二执行修正，得到模型仿真结果，并与真实切削加工性能指标二执行对比，得到仿真结构指标性能二与真实切削加工性能指标二之间相对误差；

在一些实施例中,经过计算得出，在第一轮模型修正过程中，仿真结构指标性能二 与第二仿真真实切削加工性能指标之间相对误差为22.7%，此时对应的复合运动偏差约为 23

由于机床切削加工条件二中仿真结构指标性能二与真实切削加工性能指标二之间相对误差超过20%，因此需要重新对于机床切削加工条件一以及机床切削加工条件二执行验证与修正。

经过计算得出，在第二轮模型修正过程中，仿真结构指标性能一与真实切削加工性能指标一之间相对误差为4.3%，仿真结构指标性能二与真实切削加工性能指标二之间相对误差为26.2%，需要重新对于机床切削加工条件一以及机床切削加工条件二执行验证与修正。

经过计算得出，在第三轮模型修正过程中，仿真结构指标性能一与真实切削加工性能指标一之间相对误差为4.9%，仿真结构指标性能二与真实切削加工性能指标二之间相对误差为20.4%，需要重新对于机床切削加工条件一以及机床切削加工条件二执行验证与修正。

经过计算得出，在第四轮模型修正过程中，仿真结构指标性能一与真实切削加工性能指标一之间相对误差为2.9%，仿真结构指标性能二与真实切削加工性能指标二之间相对误差为23.1%，需要重新对于机床切削加工条件一以及机床切削加工条件二执行验证与修正。

通过比较真实切削加工性能指标二，与仿真结构指标性能二，当仿真结构指标性 能二与真实切削加工性能指标二之间相对误差

机床切削加工条件二

在一些实施例中,经过计算得出，在第五轮模型修正过程中，仿真结构指标性能一 与真实切削加工性能指标一之间相对误差为5.6%，此时对应的复合运动偏差约为20

具体的，步骤（4）基于修正机床仿真模型，在P个切削加工条件下分别执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标：

P的数量为a×b×c×d；

选择的静变形水平值、动变形水平值、最大应力、复合运动偏差的取值分别为：

首选切削加工条件满足如下条件：

在一些实施例中，对机床的切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工 条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化 结构指标；基于机床的测试和仿真需求，设定仿真分析中切削加工条件的合理值范围，其中 动变形量的合理值范围为[40

通过均匀分布的方式，选择5个动变形水平值，分别为50

DSHAPEx2={50

通过均匀分布的方式，选择4个静变水平值，分别为25

Mx1={25

通过均匀分布的方式，选择2个最大应力的取值，分别为70Mpa，140Mpa。

Tx3={70Mpa，140Mpa}

上述切削加工条件按照全排列组合的方式，总数为40组。

开展上述40组切削加工条件下机床仿真分析，得到模型输出结果。

在一些实施例中，步骤（5）中的机床性能仿真模糊评价方法表达式中

基于上述40组切削加工条件下的模型输出结果，经过计算得出性能仿真模糊评价方法的数值。

基于上述机床性能仿真模糊评价方法的计算结果，选择优化结构指标评价值最大的对应的切削加工条件，将其定义为首选切削加工条件。

在一些实施例中,经过计算得出，首选切削加工条件有两组，第一组为动变形量90

具体的，在一些实施例中,步骤（6）中将机床放置于机床转台，并连接好气体供给管道、电子负载等。

待机床刚度性检测合格后，按照首选切削加工条件的参数，设置转台的测试切削加工条件，对机床执行测试，得到其结构指标设计与变形量之间的关系图。

在该实施例，通过仿真手段与试验手段的相互耦合，既能够降低机床切削加工条件优化过程中所需的试验数量与试验周期，而且能够提高仿真结果的可靠性与准确率，更好地发挥仿真手段在优化过程中的作用，最终以较低的试验成本及较短的研发周期实现机床性能的提升。

经过计算得出，按照机床性能仿真模糊评价方法的数值，在首选切削加工条件下的性能表现比机床切削加工条件下的性能表现分别提升了8.4%，9.7%。

经过计算得出，在首选切削加工条件下，机床仿真模型结果与真实切削加工性能指标之间相对误差分别为6.1%，6.9%。

另外，对应上述性能优化方法，参照附图3，根据第二实施例，本发明请求保护一种基于模糊评价的机床仿真优化设计系统，其特征在于，包括：

备选仿真优化模型构建模块：构建备选机床性能仿真优化模型，通过备选机床性能仿真优化模型得到备选结构指标；

运转监测模块：对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标；

修正模块：依据多个真实切削加工性能指标对机床仿真模型执行修正，得到修正机床仿真模型；

仿真拆分模块：对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标；

首选评价模块：构建机床性能仿真模糊评价方法，并将P个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件；

优化验证模块：依据首选切削加工条件，执行运转监测，得到机床的首选真实切削加工性能指标，将首选真实切削加工性能指标与评价值最高的优化结构指标执行比较，得到机床的结构指标设计优化结果；

备选机床性能仿真优化模型包括静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型，备选结构指标基于静态性能仿真优化模型、动态性能仿真优化模型和热变形性能仿真优化模型得到；

静态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（2）中i表示转台，

动态性能仿真优化模型表征如下：

表达式（3）和（4）中

热变形性能仿真优化模型表征如下：

表达式（5）中

进一步地，对机床执行运转监测，得到机床在多个机床切削加工条件下的多个真实切削加工性能指标，具体包括：

设置机床的机床切削加工条件一和机床切削加工条件二；

分别依据机床切削加工条件一与机床切削加工条件二对机床执行运转监测，得到真实切削加工性能指标一与真实切削加工性能指标二；

依据多个真实切削加工性能指标对备选机床性能仿真优化模型执行修正，得到修正机床仿真模型，具体包括：

基于机床切削加工条件一，设置备选机床性能仿真优化模型中需修正的部分备选结构指标；

机床切削加工条件一经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能一；

比较真实切削加工性能指标一，与仿真结构指标性能一，当仿真结构指标性能一 与真实切削加工性能指标一之间相对误差

基于机床切削加工条件二，调整模糊修正结构指标，得到次级修正结构指标；

机床切削加工条件二经备选机床性能仿真优化模型处理后得到仿真结构指标性能二；

比较真实切削加工性能指标二，与仿真结构指标性能二，当仿真结构指标性能二 与真实切削加工性能指标二之间相对误差

进一步地，对多个机床切削加工条件执行拆分处理，得到多个原子切削加工条件，基于修正机床仿真模型，对多个原子切削加工条件执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标，具体包括：

根据静变形量的合理值范围[SSHAPEmin，SSHAPEmax]，动变形量的合理值范围[DSHAPEmin，DSHAPEmax]、最大应力的合理值范围[Forcemin，Forcemax]、复合运动偏差的合理值范围[MoveDemin,MoveDemax]，设定机床切削加工条件的合理值范围；

基于机床切削加工条件的合理值范围，通过均匀分布的方式，选择SSHAPE个静变形量的取值、Dy个动变形量的取值、Fmax个最大应力的取值、MoveDe个复合运动偏差的取值，得到P个原子切削加工条件，其中SSHAPE、Dy、Fmax、MoveDe均为正整数；

基于修正机床仿真模型，在P个原子切削加工条件下分别执行机床仿真分析，得到P个优化结构指标。

进一步地，构建机床性能仿真模糊评价方法，并将P个优化结构指标分别输入机床性能仿真模糊评价方法，得到评价值最高的优化结构指标，评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，具体包括：

构建机床性能仿真模糊评价方法，并基于P个优化结构指标，得到P个优化结构指标评价值；

将P个优化结构指标评价值中最高的评价值对应的优化结构指标设为评价值最高的优化结构指标，并将评价值最高的优化结构指标对应的原子切削加工条件作为首选切削加工条件，

其中，首选切削加工条件的静变形水平值为Mx1、动变形水平值为DSHAPEx2、最大应力为Tx3、复合运动偏差为Px4；

机床性能仿真模糊评价方法

其中，

所述首选切削加工条件满足如下条件：

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于真实的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。