本申請屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法。方法包括：獲取走刀路徑方案，生成刀具移動軌跡；構(gòu)建被銑削工件模型，根據(jù)銑削參數(shù)確定網(wǎng)格尺寸，對被銑削工件模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；將刀具移動軌跡離散為若干個(gè)刀具的走刀軌跡點(diǎn)，走刀軌跡點(diǎn)與被銑削工件模型的網(wǎng)格單元一一對應(yīng)；根據(jù)走刀軌跡點(diǎn)與被銑削工件模型的網(wǎng)格單元的相對位置關(guān)系，確定被銑削工件模型中被銑削單元集合；將銑削力施加到被銑削單元集合上，得到工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)；重復(fù)步驟一至步驟五，得到不同走刀路徑方案對應(yīng)的工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，根據(jù)工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)篩選出滿足要求的走刀路徑方案。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請屬于機(jī)械加工，特別涉及一種復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法。
技術(shù)介紹
1、薄壁結(jié)構(gòu)件具有體積大、局部剛度差、材料去除度高的特點(diǎn)，因此在工件加工完成后發(fā)生較大的整體加工變形，其主要原因是高的材料去除率導(dǎo)致的毛坯殘余應(yīng)力釋放和重新分布。工件的加工變形除了受到初始?xì)堄鄳?yīng)力、銑削力和夾緊裝置的影響，還受到走刀路徑的重要影響，走刀路徑是薄壁結(jié)構(gòu)銑削加工流程中特有的一種工藝方式，具體是指加工過程中刀具移動的軌跡設(shè)定，由于應(yīng)力傳播現(xiàn)象的存在，銑削加工中工件表面的殘余應(yīng)力的分布和量級均與走刀路徑密切相關(guān)。
2、走刀路徑會從殘余應(yīng)力釋放順序、銑削應(yīng)力施加順序、工件結(jié)構(gòu)剛性改變順序3個(gè)方面對工件加工變形產(chǎn)生影響，是影響工件加工變形的重要因素。在有限元模擬時(shí)，一般可以通過三維動態(tài)有限元方法和生死單元技術(shù)兩種方式實(shí)現(xiàn)不同走刀路徑的變形仿真，但第一種方式的效率較低，難以實(shí)現(xiàn)大型薄壁結(jié)構(gòu)的銑削變形模擬，因此第二種方式更為普遍，然而在生死單元技術(shù)中一般通過單元編號實(shí)現(xiàn)銑削路徑的選擇，這種方式雖然可以實(shí)現(xiàn)平板類型簡單工件的走刀過程模擬，但依賴于特定有限元軟件的網(wǎng)格劃分規(guī)則，通用性較低，對于復(fù)雜表面形狀工件銑削的適用性較差。
3、綜上，現(xiàn)有的有限元方法很難實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)銑削變形的快速準(zhǔn)確計(jì)算，通用有限元軟件不能按照復(fù)雜的數(shù)控加工走刀路徑進(jìn)行三維動態(tài)銑削仿真，這兩個(gè)原因?qū)е履壳吧袥]有一種針對復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)銑削路徑的優(yōu)選評估方法。
4、因此，希望有一種技術(shù)方案來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)上述缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請的目的是提供了一種復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的至少一個(gè)問題。
2、本申請的技術(shù)方案是：
3、一種復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，包括：
4、步驟一、獲取走刀路徑方案，并根據(jù)所述走刀路徑方案生成刀具移動軌跡；
5、步驟二、構(gòu)建被銑削工件模型，根據(jù)銑削參數(shù)確定網(wǎng)格尺寸，并根據(jù)所述網(wǎng)格尺寸對所述被銑削工件模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
6、步驟三、將所述刀具移動軌跡離散為若干個(gè)刀具的走刀軌跡點(diǎn)，所述走刀軌跡點(diǎn)與所述被銑削工件模型的網(wǎng)格單元一一對應(yīng)；
7、步驟四、根據(jù)所述走刀軌跡點(diǎn)與所述被銑削工件模型的網(wǎng)格單元的相對位置關(guān)系，確定所述被銑削工件模型中被銑削單元集合；
8、步驟五、將銑削力施加到所述被銑削單元集合上，得到工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)；
9、步驟六、重復(fù)步驟一至步驟五，得到不同走刀路徑方案對應(yīng)的工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，根據(jù)所述工件變形數(shù)據(jù)和所述殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)篩選出滿足要求的走刀路徑方案。
10、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，步驟一中，所述走刀路徑方案包括：橫向順序銑削、縱向順序銑削、橫向s形銑削、縱向s形銑削、由外向內(nèi)螺旋銑削、由內(nèi)向外螺旋銑削。
11、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，步驟二中，構(gòu)建被銑削工件模型，根據(jù)銑削參數(shù)確定網(wǎng)格尺寸，并根據(jù)所述網(wǎng)格尺寸對所述被銑削工件模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，包括：
12、構(gòu)建被銑削工件模型；
13、將銑削深度作為深度方向的網(wǎng)格尺寸，將銑削寬度作為寬度方向的網(wǎng)格尺寸，將銑刀前進(jìn)距離作為銑刀前進(jìn)方向的網(wǎng)格尺寸；
14、根據(jù)確定的深度方向、寬度方向、銑刀前進(jìn)方向的網(wǎng)格尺寸對所述被銑削工件模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分。
15、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，所述銑刀前進(jìn)距離為：
16、
17、其中，dw為銑刀前進(jìn)距離，r為銑刀半徑，ae為銑削寬度。
18、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，步驟三中，根據(jù)銑刀前進(jìn)距離將所述刀具移動軌跡離散為若干個(gè)刀具的走刀軌跡點(diǎn)。
19、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，步驟四中，根據(jù)所述走刀軌跡點(diǎn)與所述被銑削工件模型的網(wǎng)格單元的相對位置關(guān)系，確定所述被銑削工件模型中被銑削單元集合，包括：
20、計(jì)算走刀軌跡點(diǎn)與網(wǎng)格單元質(zhì)心的距離dp；
21、計(jì)算網(wǎng)格單元對角線長度，包括最大對角線長度max(ew)、最小對角線長度min(ew)；
22、若距離大于最大對角線長度：dp>max(ew)，則將該網(wǎng)格單元去掉；
23、若距離小于最小對角線長度的一半：dp<min(ew)/2，則將該網(wǎng)格單元放入被銑削單元集合；
24、若距離大于最小對角線長度的一半，且小于最大對角線長度：min(ew)/2<dp<max(ew)，則通過點(diǎn)面包絡(luò)法判斷是否將該網(wǎng)格單元放入被銑削單元集合；
25、根據(jù)以上方式遍歷所有走刀軌跡點(diǎn)和網(wǎng)格單元，得到被銑削單元集合。
26、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，通過點(diǎn)面包絡(luò)法判斷是否將該網(wǎng)格單元放入被銑削單元集合，包括：
27、s41、獲取網(wǎng)格單元的八個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)，構(gòu)建網(wǎng)格單元的六個(gè)平面的平面方程；
28、s42、選取網(wǎng)格單元的一個(gè)平面以及任意一個(gè)不在該平面的頂點(diǎn)；
29、s43、將頂點(diǎn)的坐標(biāo)代入平面方程，計(jì)算出第一判定值；
30、s44、將走刀軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)代入平面方程，計(jì)算出第二判定值；
31、s45、計(jì)算第一判定值與第二判定值的乘積；
32、若等于0，則將該網(wǎng)格單元放入被銑削單元集合；
33、若小于0，則將該網(wǎng)格單元去掉；
34、若大于0，則選取網(wǎng)格單元的另一個(gè)平面以及任意一個(gè)不在該平面的頂點(diǎn)，返回步驟s43，直至遍歷網(wǎng)格單元的六個(gè)平面，計(jì)算得到的第一判定值與第二判定值的乘積均大于0，則將該網(wǎng)格單元放入被銑削單元集合。
35、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，步驟五中，將銑削力施加到所述被銑削單元集合上，得到工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，包括：
36、根據(jù)所述銑削參數(shù)計(jì)算銑削力；
37、將銑削力根據(jù)銑刀前進(jìn)距離以體積力的形式施加到所述被銑削單元集合上；
38、通過單元剛度縮減方法，將完成銑削的網(wǎng)格單元進(jìn)行去除以及銑削力卸載；
39、遍歷所述被銑削單元集合中的所有網(wǎng)格單元，實(shí)現(xiàn)對銑削過程的模擬，得到工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)。
40、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，所述銑削力為：
41、
42、fi∈(fx，fy，fz)
43、其中，fi為銑削力，為銑削力系數(shù)，n為銑削速度，ap為銑削深度，為銑削速度n對應(yīng)的指數(shù)系數(shù)，為銑削深度ap對應(yīng)的指數(shù)系數(shù)，為銑刀前進(jìn)距離dw對應(yīng)的指數(shù)系數(shù)，為銑刀半徑r對應(yīng)的指數(shù)系數(shù)。
44、在本申請的至少一個(gè)實(shí)施例中，步驟六中，根據(jù)工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，計(jì)算不同走刀路徑方案的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)篩選出滿足要求的走刀路徑方案，所述技術(shù)指標(biāo)包括最大加工變形、平均加工變形和/或殘余應(yīng)力。
45、專利技術(shù)至少存在以下有益技術(shù)效果：
...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟一中，所述走刀路徑方案包括：橫向順序銑削、縱向順序銑削、橫向S形銑削、縱向S形銑削、由外向內(nèi)螺旋銑削、由內(nèi)向外螺旋銑削。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟二中，構(gòu)建被銑削工件模型，根據(jù)銑削參數(shù)確定網(wǎng)格尺寸，并根據(jù)所述網(wǎng)格尺寸對所述被銑削工件模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，所述銑刀前進(jìn)距離為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟三中，根據(jù)銑刀前進(jìn)距離將所述刀具移動軌跡離散為若干個(gè)刀具的走刀軌跡點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟四中，根據(jù)所述走刀軌跡點(diǎn)與所述被銑削工件模型的網(wǎng)格單元的相對位置關(guān)系，確定所述被銑削工件模型中被銑削單元集合，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，通過點(diǎn)面包絡(luò)法判斷是否將該網(wǎng)格單元放入被銑削單元集合，包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟五中，將銑削力施加到所述被銑削單元集合上，得到工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，所述銑削力為：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟六中，根據(jù)工件變形數(shù)據(jù)和殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，計(jì)算不同走刀路徑方案的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)篩選出滿足要求的走刀路徑方案，所述技術(shù)指標(biāo)包括最大加工變形、平均加工變形和/或殘余應(yīng)力。
...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟一中，所述走刀路徑方案包括：橫向順序銑削、縱向順序銑削、橫向s形銑削、縱向s形銑削、由外向內(nèi)螺旋銑削、由內(nèi)向外螺旋銑削。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟二中，構(gòu)建被銑削工件模型，根據(jù)銑削參數(shù)確定網(wǎng)格尺寸，并根據(jù)所述網(wǎng)格尺寸對所述被銑削工件模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，所述銑刀前進(jìn)距離為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及優(yōu)選方法，其特征在于，步驟三中，根據(jù)銑刀前進(jìn)距離將所述刀具移動軌跡離散為若干個(gè)刀具的走刀軌跡點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)雜形狀薄壁結(jié)構(gòu)銑削的走刀路徑模擬及...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：任選其，郭瑜超，聶小華，常亮，艾森，王立凱，
申請(專利權(quán))人：中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。