[发明专利]基于物理仿真的数控加工优化系统及方法

说明书

一种基于物理仿真的数控加工优化系统及方法，包括依次连接的输入模块、代码解析与几何仿真模块、物理仿真模块、优化模块和输出模块，以及与物理仿真模块相连的切削力模型数据库模块，其中：输入模块将读取的数控路径文件以及物理信息传输至代码解析与几何仿真模块，代码解析与几何仿真模块将解析和仿真确定的全工艺周期的具体参数信息传递至物理仿真模块，物理仿真模块根据该参数信息结合切削力系数模型数据库模块中的切削力系数计算得到切削力并传输至优化模块，优化模块经优化过程生成新加工代码并传输至输出模块，输出模块将新加工代码转化为机床能直接读取的数控代码进行输出。本发明提高了加工效率，降低了刀具磨损。

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种基于物理仿真的数控加工优化系统及方法。

背景技术

提高生产效率和加工质量是中国制造业实现转型升级的重要目标，在航空等先进制造领域的复杂曲面类零件的批量高效加工也存在提升空间。切削力作为加工过程中重要的状态指标，将其控制在一定范围内有利于提高效率和加工质量，同时还能降低刀具磨损。现有技术采用固定的转速和进给，依靠有经验的技术人员对数控代码的进给进行手工调整以提高生产效率和加工质量。上述方式由于无法判别每个时刻的切削状态，进而无法实现精确调整进给，不利于推广。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于物理仿真的数控加工优化系统及方法，优化数控代码的进给值，消除空切路径以提高加工效率，并降低刀具磨损。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于物理仿真的数控加工优化系统，包括依次连接的输入模块、代码解析与几何仿真模块、物理仿真模块、优化模块和输出模块，以及与物理仿真模块相连的切削力模型数据库模块，其中：输入模块将读取的数控路径文件以及物理信息传输至代码解析与几何仿真模块，代码解析与几何仿真模块将解析和仿真确定的全工艺周期的参数信息传输至物理仿真模块，物理仿真模块根据该参数信息结合切削力系数模型数据库模块中的切削力系数计算得到全工艺周期的切削力并传输至优化模块，优化模块将接收的切削力经优化过程生成新加工代码并传输至输出模块，输出模块将新加工代码转化为机床能直接读取的数控代码进行输出。

所述的物理信息包括：工件信息、刀具信息和材料信息。

所述的参数信息包括：切削深度、切削宽度、主轴转速、材料信息、路径信息和时间信息。

所述的全工艺周期的切削力的是运用经验证试验从微元模型和经验模型中确定的更拟合实际切削力的模型计算得到。

所述的验证试验是指：在机床上采用优化前后的程序分别加工出相同的零件，比较时间、加工质量和刀具磨损等情况。

所述的优化过程具体是根据实际加工需要设定切削力优化目标阈值，通过优化算法实现优化进给、消除空切和减轻颤振。

所述的优化算法具体是：在切削力铣削力经验模型和切削力微元模型中平均拟合方差小的模型用以调整切削力。

所述的切削力经验模型的公式为F＝c×a_p×F^y，其中：c、y分别是与被加工材料和加工工艺系统有关的常数，a_p是数控代码控制下刀具的切削深度，F是数控代码设定的进给速度。

所述的切削力微元模型的公式为其中：dF_t是在切向上的微元切削力，dF_r是在径向上的微元切削力，dF_a是在轴向上的微元切削力，db和dl是微元模型中切削宽度和切削长度，K_tc,、K_rc,和K_ac分别是切向、径向和轴向剪切力的切削系数，K_te,、K_re,和K_ae分别是切向、径向和轴向耕犁力的切削系数。