[发明专利]一种自适应控制渐进成形方法

说明书

本发明公开了一种自适应控制渐进成形方法，该方法根据局部应变改变加工参数，包括实时地改变工具头直径、工具头运行速度以及逐层进给量，在最短的加工时间内，改善加工零件的成形精度和成形质量，充分利用渐进成形加工工艺的灵活性和可操作性，该方法通过参考不同的成形材料，制定不同的自适应渐进成形加工方案，其基本参数包括材料的抗拉强度和抗剪切强度。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体是利用数控机床工具头对板料进行逐层挤压变形从而达到所需的零件形状的自适应控制渐进成形方法。

背景技术

渐进成形技术其优点是可以在不需要复杂和高成本工具或设备的情况下使料板成形，大大减小新品开发成本与周期。但在渐进成形加工过程中，板料有时会因不同原因发生局部减薄或者破裂，降低了成形件的成形精度与成形质量。而在其中，工具头直径、工具头运行速度和逐层进给量是影响成形件质量的关键工艺参数。

工具头直径影响制件的表面质量，较大的工具头直径表面质量较低，但成形性能好，成形极限大；反之，较小的工具头直径表面质量较高，但制件成形过程中局部应力较大，成形性能不佳，成形极限较小。

对于工具头的运行速度和逐层进给量，使用较快的工具头运行速度或者更大的进给量可以缩短加工时间，但会导致成形件精度和成形件质量降低。加工过程中需要在时间成本和制件的可成形性之间进行权衡。

板料的局部减薄或者破裂往往由于其所受局部应力过大，导致局部的变形过度。对于难成形的零件，可以通过增大工具头直径、减小工具头的运行速度或者减小工具头的逐层进给量来达到局部的应力缓解，改善零件的可成形性能。但同时，零件表面质量降低，加工时间和成本也相应的提高，不符合板料渐进成形的灵活性和可操作性，为此开发出一种自适应控制的渐进成形加工方法来改善这一情况。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种自适应控制渐进成形方法，该方法在板料的渐进成形加工过程中，实时地检测局部应变。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种自适应控制渐进成形方法，它包括以下步骤：

步骤一：将带有球状工作表面的成形工具装入数控机床上的刀具架上，成形工具上带有球状的一端与待加工金属板料相抵；

步骤二：成形工具工作时，球状工作表面向金属板料方向压入，深度为轴向进给量ν；

步骤三：沿着金属板料的圆锥体截面走等高线，在完成整个截面路径后，成形工具再次压入深度为轴向进给量ν，来进行下一步等高线加工；

步骤四：下压过程中成形工具头在机床作用下对板料施加的轴向力为F_Z， F_Z分解为弯曲力F_Z1和沿壁向力F_Z2，机床为工具头提供反作用力，定义为径向力F_R，F_R分解为沿壁向力F_R2和弯曲力F_R1，实时检测机床的轴向力F_Z大小，根据不同的材料弹性模量E，不同的成形角α，不同的板料厚度t，其对应的局部的实时应变量为：

；

步骤五：当局部应变大于限定值时，减小工具头运行速度或减小轴向进给量ν或减小螺旋线升角，直到局部应变恢复到限定值；当局部应变小于限定值时，增大工具头运行速度或增大轴向进给量ν或增大螺旋线升角，直至应变增大到限定值；

作为本发明的进一步优选，步骤一中，在成形工具端部安装用于实时检测加工过程中成形工具头的轴向力与径向力变化的压电传感器。