[发明专利]大型船用曲轴车床加工工艺优化仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车床加工工艺优化方法，尤其是一种用于船用曲轴车床加工工艺优化仿真分析方法。

背景技术

近年来，我国船舶工业飞速发展，中国已成为世界造船大国。但船用配套设备一直是我国造船业的软肋，日本、韩国船用配套设备自给率达到85％以上，而我国自给率只有30-40％。其中，大型船用柴油机的核心部件就是曲轴。我国大型船用曲轴生产能力为40根左右，而目前我国每年需要大型船用曲轴预计可达400根，只好依靠进口，严重制约了我国船舶业的发展，，尽快实现大型船用曲轴国产化，自主研制曲轴加工机床及相关技术已尤为重要。

大型船用曲轴生产过程包括铸造，锻造，红套，精加工和系统动力学试验等步骤。由于船用曲轴尺寸长，重量大，刚性差，弯头多，形状复杂，所以在红套后产生了几何形状变形，再加上自身重力，回转离心力，刀具切削力和托架支撑力等综合作用下很容易产生绕曲变形。这种非常复杂的绕曲变形和形位偏差相互作用，使得在车削加工过程中曲轴托架位置布局与支撑顺序调整极为复杂，到目前为止都是靠人工进行经验调整，调整与加工效率非常低。

发明内容

本发明是要提供一种大型船用曲轴车床加工工艺优化仿真方法，用于提高大型船用曲轴车床加工效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种大型船用曲轴车床加工工艺优化仿真方法，具体步骤如下：

1.三维几何建模

利用三维建模软件，对曲轴车床进行三维几何建模；

2.施加物理约束，边界条件与载荷

在三维几何模型基础上，施加物理约束，边界条件与载荷；

3.网格划分

利用有限元软件对模型进行网格划分；

4.有限元求解计算

利用有限元软件对划分网格后的模型进行求解计算；

5.结果分析与优化加工工艺

通过对模型有限元仿真结果分析，找出影响曲轴加工精度的影响因素，直到得出加工工艺的优化结果。

上述第一步骤中：用PEO/ENGINEER三维软件对大型船用曲轴车床床身，头架，滑板，托架，曲轴以及相关部件进行单独几何建模，并按零部件关系装配成车床加工系统。

上述第二步骤中：施加物理约束载荷：

(1)根据车床各零部件实际材料，对应设置模型的材料属性；

(2)车床底面由地脚螺栓固定，施加相应的约束条件；

(3)模拟真实环境，对车床施加重力载荷与切削力载荷；

(4)在曲轴与每个托架之间，设置接触连接。

上述第三步骤中：利用有限元软件中的四面体单元自动划分网格。

上述第四步骤中：在PEO/ENGINEER软件子模块PEO/MECHANICA系统中，进行有限元分析求解。

本发明的有益效果是：本发明通过在PEO/ENGINEER软件里对曲轴车床进行三维建模，在其子模块PEO/MECHANICA中进行有限元网格划分，边界条件设定，载荷设定及有限元分析，得到曲轴车床加工过程中的曲轴变形，各种零件的应力分布等诸多信息，因此就可以判断加工工艺是否合理并加以优化。本发明可以考虑到曲轴红套后产生的各种几何变形误差，以及曲轴自重，切削力等多种情况的影响，通过仿真分析得到的曲轴变形情况，然后对曲轴车床加工工艺进行合理评价，达到在大型船用曲轴车床加工曲轴过程中，在加工工艺流程方面的最合理的支架支撑顺序与配置。本发明的优点是克服了过去曲轴加工过程中，只能依靠经验去进行曲轴加工工艺的制定，从而导致加工与调整效率低的缺点。

本发明可以在曲轴车削前，针对大型船用曲轴的红套几何变形情况，首先进行加工工艺分析，定量的仿真曲轴加工中各种影响因素对曲轴变形对加工精度的影响，从而优化加工工艺。

本发明为今后大型船用曲轴精加工及优化其加工工艺，提高曲轴精加工效率和加工质量，降低制造经济成本提出了指导性意见。

附图说明

图1仿真分析方法优化流程图；

图2大型船用曲轴车床三维几何模型图；

图3大型船用曲轴托架支撑位置示意图；

图4大型船用曲轴车床仿真结果图。

具体实施方式

现结合附图对本发明的一个具体实施例做进一步的说明。

本发明的大型船用曲轴车床加工工艺优化仿真方法，具体步骤如图1所示：