[发明专利]一种考虑工件加工柔度的刀轴矢量寻优域规划方法及系统

说明书

本发明属于刀轴矢量轨迹规划领域，并具体公开了一种考虑工件加工柔度的刀轴矢量寻优域规划方法及系统，其包括步骤：建立工件有限元代理模型，在各刀位点进行切削力加载，得到各刀位点等效柔度，确定最大柔度点；根据工件允许的最大变形量和最大柔度点的等效柔度得到最大切削力，结合预建立的切削力预测模型得到约束条件；基于约束条件及加工参数预设范围，对最大柔度点进行耦合加工参数的多目标优化，得到最大柔度点在临界加工参数下的临界刀轴矢量；确定其他刀位点在临界加工参数下的临界刀轴矢量，得到刀轴矢量寻优域。本发明可计算出考虑力致误差与加工效率影响下，加工参数限定范围内的刀轴矢量优化域划分，为刀轴矢量的轨迹规划提供指导。

技术领域

本发明属于刀轴矢量轨迹规划领域，更具体地，涉及一种考虑工件加工柔度的刀轴矢量寻优域规划方法及系统。

背景技术

航空发动机压气机叶片、定子和转子叶片、涡轮叶片等是关键薄壁叶片零部件，在这些复杂薄壁曲面零件的加工过程中，刀具与被加工面具有良好的切触状态是保证零件加工质量的关键因素之一，因此刀轴矢量的优化至关重要。

而传统的刀轴矢量优化方法，多为固定加工参数进行刀轴矢量优化，没有考虑加工参数与刀轴矢量的耦合关系，会导致在进行刀轴矢量寻优过程中产生寻优空间缩小、部分刀位点刀轴矢量难以规划的问题。此外，薄壁叶片零件壁厚薄，其加工过程中极易受到切削力的影响而产生让刀变形，并且薄壁叶片加工过程中重叠区域大，可加工域小，结合力致误差控制与刀轴矢量规划的控制难度大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑工件加工柔度的刀轴矢量寻优域规划方法及系统，其目的在于，实现考虑刀具与工件柔度所导致的力致误差影响下，加工参数限定范围内的刀轴矢量优化域规划。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提出了一种考虑工件加工柔度的刀轴矢量寻优域规划方法，包括如下步骤：

建立工件的有限元代理模型，进而在工件的各刀位点分别进行切削力加载，得到各刀位点的等效柔度，进而确定其中的最大柔度点；

基于刀具切削过程，建立切削力预测模型；

根据工件允许的最大变形量和最大柔度点的等效柔度得到最大切削力，进而结合切削力预测模型得到约束条件；基于该约束条件和加工参数预设范围，对最大柔度点进行耦合加工参数的多目标优化，得到临界加工参数以及最大柔度点在该临界加工参数下的临界刀轴矢量；

基于最大柔度点在临界加工参数下的临界刀轴矢量，确定其他刀位点在临界加工参数下的临界刀轴矢量，完成刀轴矢量寻优域规划。

作为进一步优选的，所述等效柔度的确定方法如下：对任一刀位点，对其进行切削力加载，以不同切削力下的刀位点变形量差值与切削力差值的比值计算得到刀位点的等效柔度；进而以等效柔度最大的刀位点作为最大柔度点。

作为进一步优选的，采用NSGA-III算法对最大柔度点进行耦合加工参数的多目标优化，目标函数为工件变形最小化以及切削效率最大化。

作为进一步优选的，确定其他刀位点在临界加工参数下的临界刀轴矢量，具体为：对任一其他刀位点，根据工件允许的最大变形量和该刀位点的等效柔度得到该刀位点的最大允许切削力，进而结合切削力预测模型得到该刀位点的约束条件；基于该刀位点的约束条件和临界加工参数，对该刀位点进行多目标优化，得到该刀位点在临界加工参数下的临界刀轴矢量。

作为进一步优选的，将刀具切削过程进行微分等效求解，每一个切削刃微元视为斜角切削过程，建立各微元的斜角切削模型，进而积分得到切削力预测模型。

作为进一步优选的，所述切削力预测模型具体为：