[發明專利]一種介觀尺度車削變形預測方法

有效

• 申請號: 201710307323.9
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107145662B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 焦黎;牛中軻;王西彬;朱晨曦;顏培;王東前
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 董金國

1.一種介觀尺度車削變形預測方法，其特征在于采用如下步驟：

①搭建基于介觀尺度的車削變形測試裝置；

所述變形測試裝置包括測力儀(1)、壓板(2)、滑軌(3)、滑臺(4)、壓板(5)、絲杠(9)、立板(8)、螺釘(7)和車刀(6)，所述滑軌(3)通過壓板(5)設置在測力儀(1)上，所述滑臺(4)設置在滑軌(3)上，所述壓板(5)通過螺釘(7)與滑臺(4)相配合，所述車刀(6)設置在滑臺(4)與壓板(5)之間，所述滑臺(4)左側設有立板(8)，所述絲杠(9)通過立板(8)與滑臺(4)連接，所述滑軌(3)上設有刻度線；

②建立介觀尺度車削切削力計算模型；

201 介觀尺度車削切削力模型采用單位切削力法，考慮切削面積和切削刃長度的作用，切削力的計算公式為F＝τS+σL (一)

式中，F為切削力合力，τ為單位面積切削力，S為切削面積，σ為切削刃單位長度切削力，L為切削刃長度；

202 計算介觀尺度車削切削面積S，介觀尺度車削中，引入車刀刀尖圓弧半徑因素，瞬時切削面積分為兩個部分計算，S₁的計算公式為：

式中，r為車刀的刀尖圓弧半徑，f為每轉進給量，x為函數的積分變量；

S₂的計算公式為：S₂＝f×(a_p-r) (三)

式中，a_p為切削深度，則介觀尺度車削瞬時面積總和為：

203 計算介觀尺度車削切削刃長度，計算公式為：

204 將切削力合力進行分解，主切削力F_t、進給抗力F_f和切深抗力F_p的計算公式為：

F_t＝Fsinα (六)

F_f＝Fcosαcosβ (七)

F_p＝Fcosαsinβ (八)

式中，α為切削力合力F與XZ平面的夾角，β為進給抗力F_f和F_r的夾角；

③確定切削力計算模型參數；

301 確定車刀(6)和工件(10)的初始位置，調整所述步驟①中的絲杠(9)，紀錄滑軌(3)上刻度，進行介觀尺度下的工件(10)車削，記錄測力儀(1)中主切削力F_t、進給抗力F_f和切深抗力F_p，測量車刀(6)刀尖圓弧半徑r，將F_t、F_f、F_p、r代入式(一)～(八)，得到一組參數τ、σ、α和β；

302 通過調整所述步驟①中的絲杠(9)，改變車刀(6)和工件(10)的位置，進而改變切削參數，并紀錄滑軌(3)上刻度，重復步驟301，得到多組參數τ、σ、α和β的解，將其擬合得到最終解；

④建立介觀尺度車削變形有限元預測模型；

401 編寫INP文件，作為有限元仿真的輸入文件，將步驟②和步驟③中理論預測得到的介觀尺度車削切削力作為有限元預測模型的輸入，在INP文件中，編寫工件的節點編號、節點坐標和單元編號，建立工件的三維模型；

402 賦予工件材料屬性，包括密度、彈性模量、泊松比等物理參數，設置分析步，每一個分析步控制一個單元，在分析步的開始將切削力施加到控制單元的節點上，在分析步的結束使用單元生死法去除控制單元，通過循環，直到待切削層材料完全去除；

403 將INP文件輸入到有限元軟件的分析計算模塊，計算結束后對仿真結果進行提取，選定已加工表面上的母線，找出母線上單元、單元編號、分析步和節點的偏移量X、Y，計算總變形量R，并依據總變形量R在母線上的位置，繪制工件變形圖；

404 選定切削深度為自變量進行車削仿真，公差分別為0.1mm,0.2mm,0.3mm，切削深度范圍為0.2～0.8mm，得到介觀尺度車削仿真變形圖，計算得到車刀刀尖讓刀的軌跡方程，將其作為走刀補償加入到車削工藝。