[发明专利]复杂曲面零件切削加工变形预测方法

说明书

本发明公开了一种复杂曲面零件切削加工变形预测方法，直接对零件数模进行有限元网格划分，按数控加工程序中的刀位点创建若干仿真预测模型，每个模型只设置针对当前刀位点的单一分析步，加载到当前仿真模型中，作为初始条件；零件在某一刀位点产生的加工变形，重新计算当前刀位点下的切削载荷，利用有限元计算的重启动技术，将前一刀位点对应的有限元计算结果加载到当前有限元模型中作为初始条件进行，继续进行仿真计算。本发明解决了现有方法有限元网格数量多和多分析步模型仿真计算机时消耗大、前后顺序关联的仿真结果数据传输和加载、复杂曲面刀位点与网格节点匹配、切削载荷随计算结果动态实时调整等问题。

技术领域

本发明涉及机械精加工技术领域，特别是涉及一种复杂曲面零件切削加工变形预测方法。

背景技术

以叶片为代表的复杂曲面零件在切削加工中的加工变形情况较为复杂，造成其加工精度难以控制，因此需要采用预先仿真模拟的方法，对其加工变形进行预测，进而优化工艺方案。目前的零件仿真预测主要采用有限元方法，在数控加工程序的刀位点对应的有限元网格节点上施加切削加工，通过静力分析完成零件加工变形计算。

现有技术存在的不足主要体现在：

1）零件数模需要进行结构简化处理，并针对简化的数模编制数控加工程序，因此难以反映真实的加工情况；

2）现有技术将全加工轨迹下的零件加工变形仿真创建为单一的模型，模型按照数控加工程序中的刀位点数量设置若干个分析步，对计算机硬件性能要求较高，且机时消耗巨大；

3）复杂曲面一般采用带圆角或球头铣刀加工，数控加工程序中的刀位点并非曲面上的点，且刀轴矢量连续变化，现有方法难以按照真实的数控加工程序匹配有限元网格，也无法调整切削载荷的实际加载方向，因此现有方法难以建立复杂曲面零件的加工变形预测模型；

4）现有切削加工变形仿真模型按刀位点分为若干个分析步，各分析步中模型承受的切削载荷需要在预测前固定，无法模拟前分析步产生的加工变形对后一分析步实际切削载荷的影响，即无法实现切削载荷随仿真过程的动态实时调整，造成切削加工仿真预测结果精度不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种复杂曲面零件切削加工变形预测方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种复杂曲面零件切削加工变形预测方法，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；