[发明专利]一种隔框类整体结构件优化切削路径的方法

说明书

本发明提供了一种隔框类整体结构件优化切削路径的方法，属于现代结构设计和制造技术领域,解决了对隔框类整体结构件的加工过程中的切削路径进行优化的问题。该方法包括以下步骤:(1)对隔框类整体结构件单个隔框建立有限元模型,加载初始内应力；(2)对单个隔框进行动态切削仿真，得到优化的切削路径；(3)对隔框类整体结构件建立有限元模型，并加载初始内应力；(4)对整个隔框进行动态切削仿真，得到优化的切削路径；此方法采用动态切削仿真的切削路径优化的方法，能够在实际加工零件之前进行提前分析预测，优化切削路径，从而调整相应的加工策略，有效控制加工变形，缩短零件的生产周期，降低生产成本。

技术领域

本发明属于现代结构设计和制造技术领域,涉及使用动态切削仿真技术对隔框类整体结构件的加工过程中的切削路径进行仿真优化的方法。

背景技术

在现代结构设计和制造领域，为了降低结构件重量，又要提高结构强度，广泛采用隔框类整体结构件。隔框类整体结构件在实际加工中超过95％的坯料都被铣削加工以切屑的形式去除，在加工过程中，毛坯初始残余应力释放及机加工应力共同作用，将导致薄壁结构件发生整体弯曲、扭曲或弯扭组合变形。隔框类整体结构件加工变形十分复杂且难以控制。又由于隔框类整体结构件结构复杂，壁薄，加工精度要求高等特点，采用传统的加工工艺往往造成较大的加工变形问题，难以保证结构件的加工质量。

通过对弱刚性隔框类结构件开展数控加工的切削路径仿真及优化研究，寻求和探索其加工变形的机理和规律，并提出相应的解决方案，形成复杂弱刚性隔框类结构件加工变形的控制技术，不但能够满足现场加工的需求，为现场加工制定优化的加工工艺提供理论指导，还能够为这类结构件的加工变形控制提供理论依据和可借鉴的方法，以有效地控制加工变形。然而，当前对刀具切削路径的优化的研究集中于算法和轨迹仿真方面，对毛坯到零件整个过程中不同切削路径所造成的累积加工变形问题研究较少。现需要一种方法能够反映毛坯到零件整个过程中不同切削路径所造成的累积加工变形。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种隔框类整体结构件优化切削路径的方法，该方法是基于动态切削仿真的优化切削路径的方法,优化加工隔框类结构件的刀具切削路径,以有效减小弱刚性隔框类结构件加工变形,提高加工质量。

本发明有通过以下技术方案实现：一种隔框类整体结构件优化切削路径的方法，该方法包括以下内容：

1)根据该零件的结构特点，将零件的隔框进行划分成为单个隔框；确定动态切削仿真方法：首先确定工件材料被去除的区域作为将要切除的单元，并将这部分单元设为一个“集合”，设定的集合按照指定顺序一步一步依次去除；

2)单个隔框的刀具路径优化方法，包括以下步骤：

2.1制定的不同切削路径；每一次选择一种切削路径；

2.2对单个隔框的毛坯建立有限元模型，赋予材料属性并加载初始残余应力，加载初始残余应力的步骤包括：测量毛坯表面残余内应力、计算毛坯内部残余内应力以及加载毛坯整体残余内应力；

毛坯表面残余应力的测量采用钻盲孔法测量；

毛坯内部残余内应力利用裂纹柔度法计算；得到的应力值满足下述两个应力公式：

其中，x′为从毛坯中性面到表层的厚度坐标，σ为厚度为x′时的应力值，h为毛坯总厚度；

毛坯整体残余内应力沿厚度方向均匀分布,在有限元建模时,根据工件的实际尺寸,将有限元网格沿厚度方向划分为若干层,再逐层添加残余应力；

2.3使用所述的动态切削仿真方法，按照制定的不同切削路径中的一种切削路径切除材料，直至加工出单个隔框，得到加工过程中残余应力释放和加工应力共同作用下单个隔框的变形量；

2.4对于隔框的每一种切削路径，重复实施步骤2.3；