[发明专利]复杂曲面零件切削加工变形预测方法

权利要求书

1.一种复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，包括以下步骤，

1）按照实际采用的切削宽度或CAM软件中的步距作为网格尺寸划分复杂曲面零件有限元网格；

2）建立切削载荷模型；

3）对复杂曲面零件加工区域规划数控加工程序；

4）提取切削刀具的外形几何轮廓，提取复杂曲面零件外形几何轮廓，提取加工轨迹中的刀位点坐标和刀轴矢量，提取复杂曲面零件有限元网格节点的坐标；

5）按照先后顺序，遍历数控加工程序中的刀位点坐标和刀轴矢量，计算当前刀位点的切削刀具几何轮廓与加工区域几何轮廓的切触点；将交点与网格节点按照距离最近的原则匹配；如果网格节点未被匹配过，则记录刀位点和网格节点的对应关系；如果网格节点已被匹配过，则放弃当前刀位点；

6）按照先后顺序，取刀位点和网格节点的对应关系序列，创建一个切削加工变形预测模型，内含一个静力隐式热力耦合分析步；

7）如果步骤6）的切削加工变形预测模型由第一个刀位点创建，对模型全部网格节点施加环境温度的初始温度场，进行步骤9）；否则进行步骤8），

8）选取前一刀位点对应的预测结果，采用重启动技术将网格节点应力、温度和位移加载到当前刀位点创建的切削加工变形预测模型中；

9）将步骤6）、步骤7）和步骤8）创建的切削加工变形预测模型提交有限元计算；

10）判断是否遍历刀位点和网格节点的对应关系序列，如果是，则进行步骤11）；否则转至步骤6）；

11）按照先后顺序，遍历刀位点和网格节点的对应关系序列，提取当前预测结果中的网格节点的未变形坐标和位移量，根据刀位点和网格节点的对应关系，即可获得刀位点造成的变形量。

2.如权利要求1所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，所述的步骤6）中切削加工变形预测模型的模型参数设置如下：

A）切削载荷施加在当前刀位点对应的网格节点上；

B）创建切削载荷施加的局部坐标系，Z轴为当前刀位点的刀轴矢量，取当前刀位点与下一刀位点的单位矢量，与Z轴叉乘得到Y轴，Y轴再与Z轴叉乘，得到进给方向的X轴；

C）边界条件按照实际的复杂曲面零件装夹约束施加；

D）分析步时间为当前刀位点到下一刀位点测地距离与实际进给速度的商；

E）根据步骤2）中的切削载荷模型得到切削力载荷和切削温度载荷，根据创建的局部坐标系加载到网格节点上；

F）分析步设置重启动，预留预测结果访问接口。

3.如权利要求1所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，所述的步骤8）具体为：提取前一刀位点对应的预测结果中当前刀位点对应网格节点的位移量，投影到当前刀位点局部坐标系Z轴，投影结果补偿到切削深度中，修改切削参数，重新计算切削载荷，更新切削加工变形预测模型中的载荷大小。

4.如权利要求1所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，步骤5）中利用刀具和加工曲面的几何特征的交点计算算法找到刀具与加工表面的切触点。

5.如权利要求1所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，所述的复杂曲面零件为空心叶片。

6.如权利要求5所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，将空心叶片数模划分为空心区、前缘、后缘和叶根四个区域，将空心区的网格尺寸放大以降低切削加工变形预测模型的有限元网格数量。

7.如权利要求1所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，所述的切削刀具为带圆角或球头铣刀。

8.如权利要求1所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，所述的步骤2）具体为：选取切削刀具和复杂曲面零件用材料，进行关于切削速度、每齿进给量、切削宽度和切削深度的四因素四水平切削力和切削温度试验，利用最小二乘法获得切削参数对切削力和切削温度的关系，建立切削载荷模型。

9.如权利要求1所述的复杂曲面零件切削加工变形预测方法，其特征在于，所述的步骤1）中将复杂曲面零件进行区域划分为低精度加工区和高精度加工区，低精度加工区的网格尺寸大于实际采用的切削宽度或CAM软件中的步距。