[发明专利]铝合金薄壁件铣削过程的有限元仿真方法

说明书

本发明提出铝合金薄壁件铣削过程的有限元仿真方法，包括以下步骤；步骤S1：创建工件毛胚的CAD几何模型并另存为第一几何模型；步骤S2：创建工件形状参数数据库；步骤S3：在有限元软件环境下，导入第一几何模型，创建覆盖材料去除区的第二几何模型；步骤S4：以第一几何模型与第二几何模型相减生成第三几何模型；步骤S5：在第三几何模型中刀具接触线位置设置一系列硬点，在这些硬点处施加有限元前处理，生成第一有限元模型；步骤S6：导入第一有限元模型，选取一硬点位置施力，分析工件固有频率；步骤S7：删除步骤S6中施加的单位力，分析输出施力点的自点响应频率响应函数曲线；本发明可实现加工过程多个任意时刻工件的自动化有限元建模与分析。

技术领域

本发明涉及机械加工仿真技术领域，尤其是铝合金薄壁件铣削过程的有限元仿真方法。

背景技术

铝合金、铝锂合金等轻质材料具有密度小、比强度高的优良特性，被广泛应用于航空航天领域以改善产品的综合性能。在火箭等航天器的主要承力结构设计中，铝合金薄壁件被广泛采用。铝合金结构件一般具有结构复杂、制造精度要求高和材料去除率大等特点，导致其属于弱刚性材料，在加工时极易发生变形。

当铝合金薄壁件在某些加工频率下的动态刚度不足时会激发加工颤振，颤振会大幅降低工件表面质量，甚至使得加工过程被迫停止。避免此问题的传统方法为依据加工人员的工程经验选取偏保守的加工参数，限制了产品加工效率的进一步提升，导致产品成本高。为此需要运用切削稳定性叶瓣图进行切削稳定域预测，而精确获取工件加工位置点的频率响应函数曲线又是求解切削稳定性叶瓣图的前提。由于铝合金薄壁件在加工过程中材料去除率高，结构质量、刚度与阻尼特性变化较大，加工成品模型的动态特性无法代表整个加工过程中工件动态特性的变化。

针对铝合金薄壁件铣削过程的结构动态特性预测问题，现有技术多采用有限元法建立加工过程中离散化的数个典型工件模型进行模态分析与谐响应分析。这种方法的缺点是手工重复的有限元建模极大限制了加工过程工件动态特性采样模型数量，而且效率低下、建模操作错误率高。

发明内容

本发明提出铝合金薄壁件铣削过程的有限元仿真方法，可实现加工过程多个任意时刻工件的自动化有限元建模与分析。

本发明采用以下技术方案。

铝合金薄壁件铣削过程的有限元仿真方法，所述仿真方法包括以下步骤；

步骤S1：创建铝合金薄壁件的工件毛胚的CAD几何模型，另存为第一几何模型；

步骤S2：创建工件形状参数数据库，输入全部待分析的工件形状参数，以及工件毛坯与刀具接触线处的响应点数量和间隔；

步骤S3：在有限元软件环境下，导入第一几何模型，参照工件形状参数创建覆盖材料去除区的第二几何模型；

步骤S4：在布尔操作中，以第一几何模型与第二几何模型相减，生成待分析工件的第三几何模型，备份第三几何模型并另存为第一几何模型；

步骤S5：参照工件形状参数数据库，在第三几何模型中刀具接触线位置设置一系列硬点，在这些硬点处施加有限元前处理，生成待求解的工件有限元模型，输出有限元模型并另存为第一有限元模型；

步骤S6：导入第一有限元模型，按顺序选取一硬点位置，沿切削力方向施加一单位力，经模态分析输出工件固有频率；

步骤S7：删除步骤S6中施加的单位力，经谐响应分析输出施力点的自点响应频率响应函数曲线；

步骤S8：清除有限元模型与几何模型，判断第一有限元模型中所有硬点处的自点响应频率响应函数是否求解完毕，若否，则选取下一硬点位置并返回步骤S6；若是，则继续步骤S9；

步骤S9：判断工件加工过程是否结束，若否，则选择下一工件形状参数并返回步骤S3；若是，则程序结束。