[發(fā)明專利]一種薄壁葉片切削軌跡參數(shù)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911292429.1
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111159825B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張瑩;侯堯華;張定華;吳寶海
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;B23C3/00;B23Q3/06;G06F111/10
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種薄壁葉片切削軌跡參數(shù)優(yōu)化方法，屬于航空發(fā)動機(jī)葉片的高品質(zhì)精密制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到薄壁葉片的彈性變形誤差建模與切寬參數(shù)優(yōu)化方法，用于控制薄壁葉片在數(shù)控加工中產(chǎn)生的彈性變形誤差，以此提高葉片的加工精度。該方法通過有限元仿真與機(jī)械切削力建模，構(gòu)建薄壁葉片在加工過程中的變形場和球頭刀銑削力模型，并以此搭建彈性變形誤差模型。利用該模型對原始切削軌跡的切寬進(jìn)行重新計算，規(guī)劃優(yōu)化后的軌跡。采用該軌跡加工后的葉片精度有了明顯提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機(jī)葉片高品質(zhì)精密制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到薄壁葉片的彈性變形誤差建模與切寬參數(shù)優(yōu)化方法，用于控制薄壁葉片在數(shù)控加工中產(chǎn)生的彈性變形誤差，以此提高葉片的加工精度。

背景技術(shù)

葉片類薄壁零件是航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備中的關(guān)鍵零件，具有外形復(fù)雜、加工變形大等難加工特點(diǎn)。尤其是薄壁結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的弱剛度特性與加工中切削力的耦合，使得最終的加工精度難以保證。

專利CN201711103056.X公開了一種基于有限元分析的薄壁件切削用量加工優(yōu)化方法，通過軟件建模與有限元分析模擬實(shí)際加工過程，以此調(diào)整切削參數(shù)，保證切削力、切削熱、刀具變形等處于安全范圍內(nèi)。然而該方法并沒有考慮切削軌跡對薄壁件加工變形的影響，具有局限性。專利CN201710319928.X公開了一種非均勻公差下的自由曲面NC加工刀具軌跡優(yōu)化方法，通過對設(shè)計曲面的刀位文件進(jìn)行反算以獲取極限殘高曲面，在保證精度要求的情況下，加工效率也得到了提升。但該方法僅僅考慮了近似剛性自由曲面的軌跡優(yōu)化方法，并沒有考慮到加工過程中彈性變形誤差對加工精度的影響。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種薄壁葉片切削軌跡參數(shù)優(yōu)化方法。

技術(shù)方案

一種薄壁葉片切削軌跡參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：依據(jù)葉片的裝夾形式建立相應(yīng)的有限元模型，并通過{x,y,z}方向的單位力測試，獲取對應(yīng)離散點(diǎn)在法線方向上的變形場，分別是G_x，n、G_y，n和G_z，n，向量形式為G_n＝[G_x，n，G_y，n，G_z，n]^T；

步驟2：按照切削力機(jī)械模型，對球頭刀銑削過程進(jìn)行建模，并通過模型仿真構(gòu)建切削力與徑向切深a_e，前傾角θ_l與側(cè)偏角θ_t參數(shù)之間的關(guān)系，將切削力表示為F(a_e，θ_l，θ_t)；

步驟3：通過仿真計算的葉片變形場與球頭刀切削力函數(shù)，得到葉片加工變形誤差D，計算公式如下，

其中，F(xiàn)＝[F_x，F(xiàn)_y，F(xiàn)_z]^T，是F(a_e，θ_l，θ_t)的向量形式；

步驟4：按照給定的最大誤差d_max計算滿足加工變形誤差的切寬a_e，cal；同時將原始軌跡的最大切寬a_e，max作為約束，通過最小值公式min{a_e，max，a_e，cal}計算，得到優(yōu)化后的切寬a_{e，real}；

步驟5：選擇原始切削軌跡中葉根位置的切削行作為初始切削行；