[发明专利]一种基于联合仿真的球头铣刀几何参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于联合仿真的球头铣刀几何参数优化方法，通过UG建立球头铣刀参数化实体模型，使用ABAQUS进行三维铣削限元仿真分析，在ISIGHT多学科设计优化平台下集成UG、ABAQUS联合仿真，使其建模、仿真、控制于一体，根据工件材料的特性及加工需求，确定几何参数优化的设计变量、目标函数以及约束条件，使用遗传算法对球头铣刀几何参数进行优化，充分利用过程自动化确定最佳设计参数，提高了优化设计效率、降低了球头铣刀几何参数优化成本，满足现代制造业灵活的需求，为刀具几何参数优化提供了一种新途径。

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种基于联合仿真的球头铣刀几何参数优化方法。

背景技术

素有机床 “牙齿”之称的刀具作为切削金属的工具，其切削部分是一个由几何参数确定的几何体，由于刀具切削部分直接参与切削过程，刀具几何参数与切削力、切削温度及刀具使用寿命关系密切，同时还影响着已加工工件表面的形状与质量，在切削加工时，刀具几何参数对材料特性极其敏感，面对不同材料时，几何参数固定的通用刀具很难发挥出优良的性能，因此，针对材料的特性选择合理几何参数的刀具是保障优良切削性能的前提，试验法虽然可以获得比较接近真实的切削数据，但是浪费大量时间并且成本相当高，金属切削有限元仿真技术以其低成本、直观方便的优势被广泛应用于金属切削技术研究领域，但材料不同、刀具几何参数不同时需要人为反复修改参数、重复建模，自动化程度低。

ISIGHT软件可以通过一种搭积木的方式耦合各种软件，成功将数字、推理及设计探索技术融为一体，所有的设计流程统一到一个框架中，自动运行仿真软件，并通过自动搜索技术改变输入文件的设计变量匹配到下一次仿真模型中，实现“设计-评估-改进”的自动循环。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种基于联合仿真的球头铣刀几何参数优化方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于联合仿真的球头铣刀几何参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、选择UG软件建立球头铣刀参数化实体模型，编制C代码程序控制参数化特征变量生成不同几何参数的刀具模型并输出stp格式的模型文件；

b、选择ABAQUS有限元分析软件建立三维铣削仿真分析模型，导入stp格式的刀具模型文件，进行材料属性和接触属性参数设置，还包括切削深度、切削速度和进给速度参数设置，提取三维铣削仿真分析模型主体程序，建立铣削仿真建模过程命令流Python文件，使其更新刀具模型并完成仿真建模前处理工作并控制后处理模块输出切削力、切削温度数据文本；

c、选择ISIGHT多学科优化设计软件集成UG、ABAQUS软件使其自动进行组件间参数与文件的传递，在工作流程中加入程序集成组件，重新命名为UG，标定几何参数变量，使其调用UG软件后台运行并执行所输入的C代码程序输出新的刀具模型，在工作流程中加入程序集成组件，重新命名为ABAQUS，使其调用ABAQUS软件后台运行并执行铣削仿真建模过程命令流Python文件进行仿真分析输出切削力、切削温度数据文本；

d、根据工件材料的特性及加工需求，确定几何参数优化的设计变量、目标函数以及约束条件，在ISIGHT工作流程中加入优化组件控制UG、ABAQUS协同建模、联合仿真，利用遗传算法对球头铣刀几何参数进行优化，获取刀具最优几何参数组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：