CN111912590A - 一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，包括以下步骤：a、建立弱刚性结构的特征模型；b、确定待加工区域，所述加工区域为方形盒体四面的缘条结构;c、通过模态分析方法找出待加工区域的刚性薄弱点;d、通过几何特征的数量和参数设计正交试验;e、建立有限元模型;f、通过有限元方法计算刚性薄弱点的静载变形量；g、通过正交试验进行盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C极差分析；h、通过机械加工试验判断静载变形临界值；i、通过静载变形临界值0.7判断出弱刚性结构是否加工的依据。解决了解决机械加工零件工艺设计时，对弱刚性结构的可加工性缺乏快速、有效判断方法的问题。

Description

一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法。
背景技术
目前，在航天工业中，由于厚度薄、刚性弱的机加零件在生产加工中容易发生加工振动，影响产品质量，导致零件不能加工，但是究竟如何判断一种结构能否满足机械加工要求，目前工厂中主要依靠工艺人员的经验。
中国授权专利公告号：CN106126778B公开了一种带曲面的薄壁件周铣稳定性预测方法，用于解决现有薄壁件周铣稳定性预测方法预测精度差的技术问题。技术方案是将有限元方法和结构动力修改方法相结合，模拟工件动力学参数因材料去除的变化，提取工件在不同刀具位置和不同轴向高度的动态位移，并提取出刀具运动到某个刀具位置点处时工件动力学参数沿刀具轴向的变化，最后建立多点刀具工件动力学模型，将工件动力学特性代入并求解稳定性。同时考虑周铣曲面时刀具工件接触域和刀具进给方向对稳定性的影响，可准确地预测带有曲面的薄壁件的周铣过程切削稳定性。
上述专利通过带有平面和曲面薄壁件的周铣过程，当以大轴向切深和小径向切深周铣薄壁件时，能够准确地预测切削稳定性，但是没有给出弱刚性结构能否加工的判断标准，或难以对不同尺寸参数的一系列弱刚性结构的可加工性进行快速判断。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，解决了解决机械加工零件工艺设计时，对弱刚性结构的可加工性缺乏快速、有效判断方法的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、建立弱刚性结构的特征模型，所述特征模型为方形盒体结构模型，所述方形盒体的上方开口；
b、确定待加工区域，所述加工区域为方形盒体四面的缘条结构，所述缘条结构包括盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C;
c、通过模态分析方法找出待加工区域的刚性薄弱点;
d、通过几何特征的数量和参数设计盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的正交试验;
e、建立有限元模型;
f、正交试验中，在盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的刚性薄弱点施加静力载荷，通过有限元方法计算刚性薄弱点的静载变形量；
g、通过正交试验进行盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C极差分析；
h、通过机械加工试验判断静载变形临界值，如果静载变形临界值≤0.7，则能加工；如果静载变形临界值＞0.7，则不能加工；
i、通过静载变形临界值0.7判断出弱刚性结构是否加工的依据。
步骤c中，所述模态分析包括四阶振型，所述四阶振型包括一阶模态、二阶模态、三阶模态和四阶模态。
步骤c中，所述待加工区域的刚性薄弱点为盒体四边顶部正中间位置。
步骤f中，所述静力载荷的大小、方向不变。
本发明带来的有益效果有。
1、通过建立弱刚性结构的典型特征模型，确定待加工区域，并分析影响该区域加工几何特征因素，然后采用合适的方法找到待加工区域刚性薄弱点，根据几何特征因素的数量和参数选择范围，设计正交实验，并建立特征结构的的有限元模型，在刚性薄弱点施加静力载荷，通过有限元方法计算该区域的静载变形量，对正交实验结果进行极差分析，对不同几何特征参数对结构刚性的影响程度进行排序，进行机械加工实验，建立静载变形量大小和可加工性的映射关系，根据实验结果选取判断零件能否加工的静载变形量临界值，根据静载变形临界值，对影响最大的几个几何特征因素进行全要素分析，画出各几何特征因素的值与可加工性能判断的包络线图，作为快速判断该弱刚性结构可加工性的依据，解决了解决机械加工零件工艺设计时，对弱刚性结构的可加工性缺乏快速、有效判断方法的问题。
附图说明
图1是弱刚性结构的典型特征的模型示意图。
图2是模态分析结果中一阶模态的示意图。
图3是模态分析结果中二阶模态的示意图。
图4是模态分析结果中三阶模态的示意图。
图5是模态分析结果中四阶模态的示意图。
图6是正交实验表格图。
图7是有限元模型的示意图。
图8是施加静力载荷位置和方向的示意图。
图9是正交试验结果表格图。
图10是极差分析表格图。
图11是机械加工试验结果表格图。
图12是几何特征因素与可加工性关系的包络图。
具体实施方式
实施例1
一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，包括以下步骤：
a、建立弱刚性结构的特征模型，所述特征模型为方形盒体结构模型，所述方形盒体的上方开口；
b、确定待加工区域，所述加工区域为方形盒体四面的缘条结构，所述缘条结构包括盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C;
c、通过模态分析方法找出待加工区域的刚性薄弱点;
d、通过几何特征的数量和参数设计盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的正交试验;
e、建立有限元模型;
f、正交试验中，在盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的刚性薄弱点施加静力载荷，通过有限元方法计算刚性薄弱点的静载变形量；
g、通过正交试验进行盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C极差分析；
h、通过机械加工试验判断静载变形临界值，如果静载变形临界值≤0.7，则能加工；如果静载变形临界值＞0.7，则不能加工；
i、通过静载变形临界值0.7判断出弱刚性结构是否加工的依据。
步骤c中，所述模态分析包括四阶振型，所述四阶振型包括一阶模态、二阶模态、三阶模态和四阶模态。
步骤c中，所述待加工区域的刚性薄弱点为盒体四边顶部正中间位置。
步骤f中，所述静力载荷的大小、方向不变。
通过建立弱刚性结构的典型特征模型，确定待加工区域，并分析影响该区域加工几何特征因素，然后采用合适的方法找到待加工区域刚性薄弱点，根据几何特征因素的数量和参数选择范围，设计正交实验，并建立特征结构的的有限元模型，在刚性薄弱点施加静力载荷，通过有限元方法计算该区域的静载变形量，对正交实验结果进行极差分析，对不同几何特征参数对结构刚性的影响程度进行排序，进行机械加工实验，建立静载变形量大小和可加工性的映射关系，根据实验结果选取判断零件能否加工的静载变形量临界值，根据静载变形临界值，对影响最大的几个几何特征因素进行全要素分析，画出各几何特征因素的值与可加工性能判断的包络线图，作为快速判断该弱刚性结构可加工性的依据，解决了解决机械加工零件工艺设计时，对弱刚性结构的可加工性缺乏快速、有效判断方法的问题。
实施例2
一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，包括以下步骤：
a、如图1至5所示，建立弱刚性结构的特征模型，所述特征模型为方形盒体结构模型，所述方形盒体的上方开口，由于盒体四周边缘高且薄，加工时容易发生震动，存在工艺风险；
b、确定待加工区域，并分析加工区域的几何特征因素，所述加工区域为方形盒体四面的缘条结构，所述缘条结构包括盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C;
c、采用模态分析的方法找到待加工区域刚性薄弱点，通过模态分析方法找出待加工区域的刚性薄弱点;
d、如图6所示，通过几何特征的数量和参数设计盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的正交试验;
e、如图7所示，建立有限元模型;
f、如图8所示，正交试验中，在盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的刚性薄弱点施加静力载荷，通过有限元方法计算刚性薄弱点的静载变形量，在刚性薄弱点施加一个大小、方向不变的静力载荷，通过有限元方法计算该区域的静载变形量静力载荷的大小根据实际加工测量的值来给出，正交试验结果如图9所示；
g、通过正交试验进行盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C极差分析，如图10所示，其中K1，K2，K3为各水平下的3个变形量之和，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为各水平下的平均变形量，根据极差分析结果可以看出，各几何特征参数对结构刚度影响从大到小依次为：盒体厚度>盒体高度>盒体边长；
h、如图11所示，通过机械加工试验判断静载变形临界值，如果静载变形临界值≤0.7，则能加工；如果静载变形临界值＞0.7，则不能加工；
i、如图12所示，通过静载变形临界值0.7判断出弱刚性结构是否加工的依据。
步骤c中，所述模态分析包括四阶振型，所述四阶振型包括一阶模态、二阶模态、三阶模态和四阶模态。
步骤c中，如图2至5所示，可以看出模态分析结果，所述待加工区域的刚性薄弱点为盒体四边顶部正中间位置，根据静载变形临界值0.7mm，对影响最大的几个几何特征因素进行全要素分析，找到静载变形量处于临界值时的各个特征因素参数值，画出各几何特征因素的值与可加工性关系的包络图，作为快速判断该弱刚性结构可加工性的依据。
步骤f中，所述静力载荷的大小、方向不变。
通过建立弱刚性结构的典型特征模型，确定待加工区域，并分析影响该区域加工几何特征因素，然后采用合适的方法找到待加工区域刚性薄弱点，根据几何特征因素的数量和参数选择范围，设计正交实验，并建立特征结构的的有限元模型，在刚性薄弱点施加静力载荷，通过有限元方法计算该区域的静载变形量，对正交实验结果进行极差分析，对不同几何特征参数对结构刚性的影响程度进行排序，进行机械加工实验，建立静载变形量大小和可加工性的映射关系，根据实验结果选取判断零件能否加工的静载变形量临界值，根据静载变形临界值，对影响最大的几个几何特征因素进行全要素分析，画出各几何特征因素的值与可加工性能判断的包络线图，作为快速判断该弱刚性结构可加工性的依据，解决了解决机械加工零件工艺设计时，对弱刚性结构的可加工性缺乏快速、有效判断方法的问题。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、建立弱刚性结构的特征模型，所述特征模型为方形盒体结构模型，所述方形盒体的上方开口；
b、确定待加工区域，所述加工区域为方形盒体四面的缘条结构，所述缘条结构包括盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C;
c、通过模态分析方法找出待加工区域的刚性薄弱点;
d、通过几何特征的数量和参数设计盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的正交试验;
e、建立有限元模型;
f、正交试验中，在盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C的刚性薄弱点施加静力载荷，通过有限元方法计算刚性薄弱点的静载变形量；
g、通过正交试验进行盒体厚度A、盒体高度B和盒体边长C极差分析；
h、通过机械加工试验判断静载变形临界值，如果静载变形临界值≤0.7，则能加工；如果静载变形临界值＞0.7，则不能加工；
i、通过静载变形临界值0.7判断出弱刚性结构是否加工的依据。
2.如权利要求1所述的一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，其特征在于：步骤c中，所述模态分析包括四阶振型，所述四阶振型包括一阶模态、二阶模态、三阶模态和四阶模态。
3.如权利要求1所述的一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，其特征在于：步骤c中，所述待加工区域的刚性薄弱点为盒体四边顶部正中间位置。
4.如权利要求1所述的一种基于静载变形判断零件结构刚性的方法，其特征在于：步骤f中，所述静力载荷的大小、方向不变。
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