CN103177163A

CN103177163A - 一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法

Info

Publication number: CN103177163A
Application number: CN2013101204410A
Authority: CN
Inventors: 郭魂; 唐松松; 徐吉; 唐国兴; 陈志伟; 刘峰
Original assignee: Changzhou Institute of Technology
Current assignee: Changzhou Institute of Technology
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明针对现有对复杂整体结构件铣削变形控制中对人工经验过分依赖的缺点，公开了一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法，它通过加工变形分析技术（CAE）进行整体结构件的特征建模，然后借助有限元技术完成结构分析和加工模拟，接下来将分析和模拟结果导入变形决策支持模块（DMSS），在该模块中完成变形数据的分析，最后给出预测信息提供给技术人员。该方法解决了复杂整体结构件加工变形预测对人工经验的依赖性，具有实时性、动态性和可靠性，降低了生产成本、缩短了产品的试制和生产周期、提高了生产效率。

Description

一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法

技术领域

本发明针对现有复杂整体结构件铣削变形的预测方法耗费大量时间和精力，且依赖有经验的技术人员的现状，公开了一种可实时、动态地对现有或新增的加工工件资源进行加工变形的预测方法，以便于降低生产成本、缩短产品的研制周期、利用和提高运行效率。

背景技术

随着航空工业的发展，现代飞机的性能要求不断提高，飞机的结构设计发生了比较大的变化。从零件结构上来看，为了减轻重量，整体结构件在新机型中得到了尽可能多的应用，如机翼、整体壁板、大梁、隔框等。整体式结构件不是由零件简单组合而成，而是利用整体毛坯加工而成。由于整体结构件具有外表光滑、重量轻，在刚度、抗疲劳强度以及各种失稳临界值等方面均比铆接结构胜出一筹的显著优点，在航空航天产品上作为主要承力结构件，得到了广泛的应用。

因为复杂结构件普遍具有结构复杂、薄壁、变厚度、曲面曲线结构多、协调精度要求较高等特点，目前都采用数控铣削的方法来进行加工。但是在加工过程当中, 由于切削力、切削热、零件刚度差等多种原因, 很容易发生变形。目前采用的方法是保守切削, 工艺补偿和手工校形, 生产效率低而质量难以保证。

目前在型号产品的试制与批生产现场，复杂结构件加工变形控制基本上是以过去的实践经验为基础，凭主观推理应用到新的零件加工过程中。各工厂大多以技术攻关方式解决了一些具体零件的加工变形控制问题，基本上对其他零件的加工没有较大的指导作用，也难以形成基本的工艺方法指导体系。所以，每当进行新零件的研制加工时，同样类似的问题需要同样重复攻关工作，导致技术上的低水平重复，使得技术上缺少持续发展、不断创新的能力。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的是针对现有对复杂整体结构件铣削变形控制中对人工经验过分依赖的缺点，发明的一种通过对ANSYS和Delphi二次开发，基于“砌墙”建模法实现对复杂整体结构件主动、快速、准确的参数化建立有限元模型和铣削变形随动预测的方法。

技术方案

一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法，包括如下步骤：

步骤1、进行复杂结构件的建模分析，对加工过程进行计算机模拟：从数据点文件中抽取数据，进行CAD模型数据点的采集工作；然后根据采集结果实现CAD加工子模型建立，将建立好的子模型存入有限元后台数据库ANSYS_DB中；然后根据子模型库的结果，完成CAD加工整体模型的建立，并将建立好的整体模型存入到后台数据库ANSYS_DB中；同时设定工艺参数和分网、约束及加载原则，并且将这些数据存入变形数据库DEFORM_DB中；根据设定好的工艺参数和分网、约束及加载原则的数据进行模型的网络划分、约束施加和模型加载，生成APDL文件；最后将获得的APDL文件导入有限元运算软件，进行模拟运算，并将运算结果保存在变形数据库DEFORM_DB中；

步骤2、对步骤1中的加工变形结果进行综合分析和加工工艺参数的随动优化推荐:用户根据零件特征编号对数据库中的现有数据进行查询，如果存在相应数据，则提取出这些数据，否则进入步骤1中进行求解；然后将提取的数据根据条件进行二维和三维曲线或曲面分析，并将分析结果存入变形数据库DEFORM_DB；最后输入判据，进行比较分析结果和判据，随动推荐出合理的加工工艺参数；

步骤3、在步骤1和步骤2的情况下实现对不同部位、不同条件下预测结果的实时、动态显示。

其中步骤1中所述的CAD加工整体模型采用砌墙法建立：首先通过两个基本函数分别为曲线函数和直线函数建立一个基本的模型库包括三角形、规则四边形、不规则四边形、圆形和多边形，将上述基本模型看成是一个个特殊形状的砖体，然后按照零件实际位置将它们一一组装起来，构成零件的整体结构模型。

本发明的有益效果：

本发明解决了复杂整体结构件铣削变形控制对工人经验的依赖性，具有实时性、动态性和可靠性，通过它，对复杂整体结构件的铣削变形进行模拟分析, 为复杂结构件的加工方案的制定提供决策支持，快速向用户推荐合适的加工工艺参数。以便于降低生产成本、缩短产品的试制和生产周期、利用和提高运行效率。

附图说明

图1是本发明的复杂整体整体结构件铣削变形随动预测技术框架。

图2是本发明的复杂整体结构件加工变形分析流程图。

图3是本发明的复杂整体结构件加工变形决策支持流程图。

图4是本发明的“砌墙法”建模示意图。

图5是本发明预测一个具体零件的变形示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示的复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法，它主要包括以下步骤是：

第一步，实现复杂整体结构件的建模分析，如图2所示，对加工进行计算机模拟，它包括以下步骤：

a、首先将从数据点文件中进行CAD模型数据点的采集工作；

b、根据a的采集结果或者数据点文件，实现CAD加工子模型的建立，建立好的子模型存入有限元后台数据库ANSYS_DB中：

c、根据b的结果，完成CAD加工整体模型的建立，并将建立好的整体模型存入有限元后台数据库ANSYS_DB中；

如图4所示，在该步中采用了建模的新方法——砌墙法：首先建立一个基本的模型库，该模型库有三角形、规则四边形、不规则四边形、圆形和多边形（上面的模型库全部通过两个基本函数：曲线函数和直线函数完成），将上述基本模型看成是一个个特殊形状的“砖体”；然后按照零件实际位置将它们一一组装起来，这样就构成了零件的整体结构模型。

d、设定工艺工艺参数和分网、约束及加载原则，并且将这些数据存入变形数据库DEFORM_DB中；

e、根据d中设定的准则完成模型的网络划分、约束施加和加载，生成APDL文件；

f、将e获得的结果文件或保存的APDL文件导入有限元运算软件，进行模拟运算，并将运算结果保存在变形数据库DEFORM_DB中。

第二步，实现对加工变形结果的综合预测和工艺参数的随动优化推荐，如图3所示，它包括以下步骤：

1、用户根据零件特征编号对数据库中的现有数据进行查询，如果存在相应数据，则提取出这些数据，否则进入（1）进行求解；

2、将提取的数据根据条件进行二维和三维曲线或曲面分析，并将分析结果存入变形数据库ANSYS_DB；

3、输入判据，将b中的分析结果和判据进行比较分析，推荐出合理的加工工艺参数。

第三步实现对系统的应用模块以及用户权限的管理；

下面结合一个实例作进一步的说明：

本发明可通过三项技术来实现，它们是：（1）加工变形分析技术（CAE）、（2）加工变形决策技术（DSS）、（3）预测结果展示技术。其中CAE技术包括模型库建立和加工过程模拟两部分。模型库建立包括了参数化建立三边框、曲边三边框、四边框和曲边四边框等有限元模型的方法。加工过程模拟包括APDL宏文件自动编辑、ANSYS分析系统调用等功能；加工变形决策技术包括自定义区域变形结果查询和浏览、预测结果的综合分析和工艺参数的优化推荐等功能。预测结果展示技术可实现不同部位、不同条件预测结果的实时、动态显示等功能。

加工变形分析技术模块中，用户在此完成工件尺寸、加工去除部分尺寸的定义，需要注意的是这些尺寸是通过相应的网格大小乘上对应的网格数目得到的（相应长、宽、高数值会显示在界面上），这样做是为了防止用户输入的数据不适合分析。定义时工件高度方向网格数目应为偶数，因为我们在研究时已经假定残余应力高度方向是沿中间面对称的。

完成零件尺寸参数的定义后，继续进行加工参数的定义。

完成加工参数的定义后，进行装夹约束的定义。

完成上述步骤后，生成APDL程序，并进行数据有效性检验，若通过数据有效性检验，用户可选择将生成的APDL程序保存至文件，方便以后再进行查看编辑或者分析计算，若本机上已经安装有ANSYS软件，也可选择启动ANSYS直接进行分析计算，此时程序会先保存APDL语句然后自动导入至ANSYS进行加工模拟分析。

如图5所示，是利用本方法建立的复杂整体结构件模型和预测得到的复杂整体结构件变形情况。

Claims

1.一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1中所述的一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法，其特征在于，其所述的CAD加工整体模型的建立采用砌墙法：首先通过两个基本函数建立一个基本的模型库，将上述基本模型看成是一个个特殊形状的砖体，然后按照零件实际位置将它们一一组装起来，构成零件的整体结构模型。

3.根据权利要求2中所述的一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法，其特征在于所述的两个基本函数为曲线函数和直线函数。

4.根据权利要求2或3所述的一种复杂整体结构件铣削变形的随动预测方法，其特征在于所述的基本模型库包括三角形、规则四边形、不规则四边形、圆形和多边形。