[发明专利]基于整体刚度矩阵的切削力所致变形的预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于整体刚度矩阵的切削力所致变形的预测方法及系统，其特征在于，首先对工件和刀具进行建模并通过有限元分析软件导出工件和刀具模型的整体刚度矩阵及其各自的逆矩阵，然后分别对工件和刀具进行独立的变形分析，再对切削过程中的工件和刀具进行动态交互效应的迭代分析，最终得到切削力所致的变形值；

所述的建模是指：根据工件和刀具的实际尺寸进行数字化建模，根据工件和刀具的实际材料定义模型的参数，根据工件实际约束情况进行约束定义和网格划分；

所述的独立的变形分析是指：将工件和刀具均视为弹性体，在弹性形变范围内满足胡克定律，则刀具和工件整体的变形分析可归结为一组线性方程的求解，即K·δ＝F，进一步展开得到全部节点的三维变形为：

其中：K^-1为整体刚度矩阵的逆矩阵，则任一节点i的三维变形由整体刚度矩阵的逆矩阵K^-1中第3i,3i+1和第3i+2行点乘外部作用力F求得为：

其中：K为弹性体的整体刚度矩阵，δ为弹性体的整体变形值，F为施加在弹性体上的外部作用力，δ_ix(y,_z)为编号i的节点在x(y,z)方向的变形值，S_ij为第j个节点上的单位力在第i节点上产生的变形值，f_ix(y,z)为在第i节点沿x(y,z)方向作用的外力，s_i,j为整体刚度阵的逆矩阵K^-1中的位置为第i行第j列的元素。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的建模是指：根据工件和刀具的实际尺寸进行数字化建模，根据工件和刀具的实际材料定义模型的参数，根据工件实际约束情况进行约束定义和网格划分。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的参数是指：泊松比、密度和杨氏模量等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的动态交互效应的迭代分析是指：由于工件和刀具变形，切削力受到影响，所以切削力和切削力所致变形之间存在负反馈耦合交互，即工件和刀具的变形会使切削厚度减少，切削力随之减少，减少的切削力再次作用到工件和刀具上，切削力所致的变形减少，从而使切削厚度增大，又造成切削力增大，形成了负反馈迭代。

5.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：建模单元、变形分析单元、动态交互效应分析单元以及变形值输出单元，其中：建模单元与变形分析单元相连并传输整体刚度矩阵信息，变形分析单元与动态交互效应单元相连并传输刀具和工件的独立变形信息，动态交互效应分析单元与变形值输出单元相连并传输切削力所致变形值信息，变形值输出单元则输出切削力所致变形值。