[发明专利]薄壁件铣削变形的快速实现方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种薄壁件铣削变形的快速实现方法及系统。

背景技术

薄壁件以其结构紧凑、质量轻的特点广泛用于汽车、船舶工业和航空航天领域中。但这种零件截面形状变化大，实际加工余量大，相对刚度低，对形状位置精度要求高。在切削加工这样的零件时，由于其本身刚度低，在切削力作用下由于变形会产生较为严重的让刀现象，影响最终的加工精度，严重时可导致零件报废。因此求出薄壁件在切削力作用下的变形十分重要。

发明内容

本发明针对现有技术利用传统有限元法计算薄壁件铣削力所致变形误差曲线需经过几何建模、划分网格、施加约束、变形求解等步骤，耗时长，操作极为繁琐等缺陷，提出一种薄壁件铣削变形的快速实现方法及系统，基于ANSYS参数化设计语言APDL将连续的刀具加工轨迹离散化，合理选取离散点，建立集移动载荷、生死单元判定、迭代计算于一体的APDL仿真程序，可快速高效地对铣削力所致工件变形进行计算。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种薄壁件铣削变形的快速实现方法，通过建立薄壁件的几何模型，并按照自适应选点法对刀具加工路径进行离散化，计算并拟合出变形曲线，再通过进给量、轴向切深、径向切深计算出铣削力，即线性载荷并施加在薄壁件离散点处，计算该薄壁件离散点处的变形是否满足要求，最后将加工路径上所有离散点的变形结果输出并进行拟合，进而得到铣削力所致变形误差曲线。

所述的薄壁件的几何模型，优选为更精确地研究薄壁件变形并保证计算结果的准确性，按照薄壁件：模型为1：1的比例进行建模，同时定义材料特性，施加边界条件。

所述的变形是否满足要求是指：当该点处变形满足精度要求时，通过自适应选点法选取下一个点，否则改变切削深度值重新计算切削力，直至该点变形满足精度要求；通过不断施加和卸除载荷，可实现移动加载铣削力。

所述的自适应选点法，具体步骤包括：

1)将薄壁件沿长度方向平均分为N份，取前三个点1、2、3，计算相应变形分别为δ₁，δ₂，δ₃。此时前两步的步长ΔL₁＝ΔL₂，均为薄壁件总长L的N分之一。

2)取点n时，设当k_n≥f₁，步长伸长至L_n＝η₁×ΔL_n-1；当f₁≥k_n≥f₂，步长不变；当f₂>k_n，步长缩短至ΔL_n＝η₂×ΔL_n-1。

3)第n步的步长ΔL_n确定后即可得到第n+1个点的位置，计算该点的变形δ_n+1并求第n+1步的步长ΔL_n+1。

4)当总步长超过薄壁件长度时说明选点完毕，最后一点取薄壁件加工路径的终点。

所述的离散化，优选由于薄壁件上部与刀具接触，因此为得到更准确的结果并节省计算时间，离散化后的薄壁件上部的网格划分比下部细密。

所述的铣削力，具体通过以下方式计算得到：

a.在指定加工条件下进行槽铣实验，槽铣的平均铣削力满足：其中：θ为刀具旋转角与周向包角的差值，t_x为每齿进给量，da为轴向切削深度，Z为刀具齿数，r为刀具半径，dr为径向切削深度；k_ts、k_rs、k_as分别是剪切力切向、径向和轴向铣削系数，k_tp、k_rp、k_ap分别是犁切力切向、径向和轴向铣削系数。

该平均铣削力可看成铣削参数为未知数的六元一次方程，通过槽铣实验测得的平均铣削力值，即可得到铣削参数k_ts、k_rs、k_as、k_tp、k_rp、k_ap的值。