[发明专利]一种航轴车削加工让刀变形预测方法

说明书

本发明公开了一种航轴车削加工让刀变形预测方法，属于精密车削加工领域，包括：在航轴车削加工过程中，实时采集切触点的位置坐标和数控车床运行数据，分别输入刚度回归模型和切削力模型，得到切触点处的三阶刚度矩阵K和三向切削力向量F；按照δ＝K^‑1F预测切触点处的三向让刀变形向量δ；刚度回归模型的建立方式包括：建立航轴的三维模型，设置m个切触点并计算三阶刚度矩阵；利用各三阶刚度矩阵中同一位置处的元素组成一个刚度序列；结合m个切触点的坐标位置，通过支持向量回归建立各刚度序列对应的刚度回归方程，用于预测三阶刚度矩阵中对应位置处的元素；由所有刚度回归方程组合为刚度回归模型。本发明能够提高航轴车削加工让刀变形预测的速度和精度。

技术领域

本发明属于精密车削加工领域，更具体地，涉及一种航轴车削加工让刀变形预测方法。

背景技术

航轴作为航空发动机中一类典型的零部件，很好地满足了整体结构轻量化的设计要求，主要作为承载和包容部件，因此被广泛应用。航轴的加工精度影响着发动机整机的性能、工作效率及寿命，而在切削加工中零件产生的变形将直接导致加工精度降低。零件的加工变形受到切削力、切削热、毛坯初始残余应力和装夹方式等多方面因素的影响，而对于长径比大、壁厚薄的柔性细长轴，航轴所发生的让刀变形现象，是导致其出现加工变形的主要原因，具体表现为切削过程中刀具的刚性较好，航轴的刚性较差，由于切削力的作用，刀具对航轴的挤压使航轴产生弹性变形，因此刀具在理论走刀路径下无法完成理论切削深度，在切削完成后，航轴的弹性变形恢复，会造成走刀路径上的实际壁厚值大于理论壁厚。

对于航轴的车削加工而言，让刀变形的大小反映了航轴的加工精度，进行让刀变形预测有利于进一步对工艺参数进行优化，从而提高加工精度。传统的让刀变形预测方法主要是根据工艺参数，离线对工件模型进行切削有限元仿真，得到让刀变形值，这种方法没能考虑到实际加工情况的变化，预测值通常有较大误差，且有限元仿真时间较长，预测效率较为低下。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种航轴车削加工让刀变形预测方法，其目的在于，提高航轴车削加工让刀变形的预测速度和预测精度，实现快速、实时、精确的预测。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种航轴车削加工让刀变形预测方法，包括：

在航轴车削加工过程中，将实时采集的切触点的位置坐标输入预先建立的刚度回归模型，以预测得到切触点处的三阶刚度矩阵K，并将与切触点对应的数控车床运行数据输入预先建立的切削力模型，以预测得到切触点处的三向切削力向量F；按照δ＝K^-1F预测切触点处的三向让刀变形向量δ；

其中，切削力模型用于根据数控车床的运行数据预测对应的三向切削力向量，刚度回归模型用于根据切触点的位置坐标预测切触点处的三阶刚度矩阵；刚度回归模型的建立方式包括：

建立航轴的三维模型，在其上设置m个离散的切触点，并计算各切触点处的三阶刚度矩阵；利用各三阶刚度矩阵中同一位置处的元素组成一个m维的刚度序列，共得到9个刚度序列；对于每一个刚度序列R_ij，结合m个切触点的坐标位置，通过支持向量回归的方式建立一个刚度回归方程，用于根据切触点的位置坐标预测该切触点处的三阶刚度矩阵中与刚度序列R_ij对应的位置处的元素；由所建立的9个刚度回归方程组合为刚度回归模型。

本发明通过支持向量回归的方式建立刚度回归模型，仅输入切触点的位置坐标，即可快速输出该切触点处的三阶刚度矩阵；在此基础上，本发明在车削加工过程中，实时采集切触点的位置坐标和对应的数控车床运行数据，并利用预先建立的刚度回归模型和切削力模型预测对应的三阶刚度矩阵和对应的三向切削力向量，之后通过简单的矩阵运算预测得到三向让刀变形，此过程可快速完成，保证预测的实时性，并且以实时采集数据为输入数据，能够及时适应加工情况的变化，保证预测精度。总体而言，本发明能够有效提高航轴车削加工让刀变形的预测速度和预测精度，实现快速、实时、精确的预测。