CN114139310B - 一种机加反拉方案变形预测及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机加反拉方案变形预测及控制方法，涉及机械加工技术领域，包括：变形仿真，机加测量，对比优化，实现了零件在加工前变形预测，规避零件加工过程中，因加工方案，走刀轨迹不合理导致的零件变形，将仿真变形数据与零件测量数据进行对比，建立了仿真模型与实际变形情况的映射关系，保证了仿真输入数据的有效性，仿真结果可靠性大，保证了首件零件加工合格后，后续批产零件高质稳定加工，适用于所有采用反拉方案的零件的变形预测及控制，使用范围广，不受被加工零件材料限制，不同零件材料只需要调整仿真输入条件，如密度、弹性模量、泊松比等，即可进行变形预测。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种机加反拉方案变形预测及控制方法。
背景技术
机械加工领域，按头类零件若采用反拉方案的机械加工方法，需要考了加工过程中零件凸台连接方案和加工变形量的相关性。零件连接刚性不足，加工变形量越大，越易发生弹刀，因加工振动与静载刚度呈线性关系，当对结构施加一个固定大小的力时，结构变形越大，结构刚性越弱，机械加工时越容易发生振动。
本发明设计了一种机加反拉方案变形预测及控制方法，根据反拉方案加工特征，利用有限元工具在零件加工前进行变形预测，根据零件首件加工结果，标定修正仿真模型，以达到仿真理论变形结果真实反馈零件加工后变形结果，从事后补救变为事前预防，以提高零件的加工稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的零件连接刚性不足，加工变形量越大，越易发生弹刀，以及对结构施加一个固定大小的力时，结构变形越大，结构刚性越弱，机械加工时越容易发生振动的不足，提供一种机加反拉方案变形预测及控制方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种机加反拉方案变形预测及控制方法，包括：
S1：变形仿真，在正式确定反拉方案来对零件进行加工前，采用有限元软件对仿真模型进行网格划分，并分区域施加静压力进行静力学分析，得到初步变形仿真结果；
S2：机加测量，根据所述初步变形仿真结果确定初步反拉方案，并对首件零件进行数控加工并测量得到变形数据；
S3：对比优化，将所述初步仿真变形数据与所述变形数据进行对比，根据对比结果标定静压力，对反拉方案进行迭代优化，确定最终的反拉方案。
采用上述技术方案，能够实现零件在加工前变形预测，规避零件加工过程中，因加工方案，走刀轨迹不合理导致的零件变形，将仿真变形数据与零件测量数据进行对比，建立了仿真模型与实际变形情况的映射关系，保证了仿真输入数据的有效性，仿真结果可靠性大，保证了首件零件加工合格后，后续批产零件高质稳定加工，适用于所有采用反拉方案的零件的变形预测及控制，使用范围广，不受被加工零件材料限制，不同零件材料只需要调整仿真输入条件，如密度、弹性模量、泊松比等，即可进行变形预测。
作为本发明的优选方案，所述步骤S1还包括：
S11：粗加工状态下零件静载变形计算，网格划分后，施加所述静压力，在反拉方案中，考虑沿XYZ方向最大切削力的影响来施加静压力；
S12：半精加工状态下零件静载变形计算，网格划分后，施加所述静压力，在反拉方案中，考虑沿XYZ方向最大切削力的影响来施加静压力；
S13：精加工状态下零件静载变形计算，网格划分后，施加所述静压力，在反拉方案中，考虑沿XYZ方向最大切削力的影响来施加静压力；
S14：变形量确定，对比沿XYZ正向静压力的仿真结果，确定各方向变量的最大值为所述仿真变形数据。
作为本发明的优选方案，所述网格划分采用的是实体单元网格，网格的大小为10mm。
作为本发明的优选方案，所述步骤S2还包括：
S21：根据所述初步变形仿真结果，确定初步反拉方案；
S22：在五坐标立卧转换机床对所述首件零件进行数控加工；
S23：加工结束，保持首件零件状态不变，并对所述首件零件的关键部位进行测量得到所述变形数据。
作为本发明的优选方案，所述关键部位为变形最大测量点。
所述变形最大测量点即在变形最大区域设置的测量点，目前在零件加工完成都后需要使用测量机对零件的外形、筋定、孔位等特征是否符合设计要求，每个特征都需要按照特定的规则来设置测量点(一个平面至少三个测量点)，以方便测量机按既定轨迹进行测量。
作为本发明的优选方案，通过三坐标测量机对所述首件零件的关键部位进行测量。
作为本发明的优选方案，所述步骤S3还包括：
S31：整理所述首件零件的关键部位的所述变形数据，并记录分析所述变形数据；
S32：整理所述零件的关键部位的所述仿真变形数据，并记录分析所述仿真变形数据；
S33：将所述变形数据与所述仿真变形数据进行对比，利用误差最大值的原则判定标定静压力；
S34：进行迭代优化，以所述标定静压力来作为仿真输入数据，来对仿真模型进行迭代优化。
作为本发明的优选方案，所述最大值≤1/3公差带。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、通过该机加反拉方案变形预测及控制方法，能够实现零件在加工前变形预测，规避加工过程中，因加工方案，走刀轨迹不合理导致的零件变形。
2、该预测及控制方法将有限元分析的理论变形数据与零件首件加工实际变形数据进行对比，建立了有限元理论模型与实际变形情况的映射关系，保证了仿真输入数据的有效性，仿真结果可靠性大。
3、该预测及控制方法通过事前预防的控制手段，保证了首件零件加工合格后，后续批产零件高质稳定加工。
4、该变形预测及控制方法，适用于所有采用反拉方案的零件的变形预测及控制，适用范围广。
5、该预测及控制方法不受被加工零件材料限制，不同零件材料只需要调整仿真输入条件(如密度、弹性模量、泊松比等)即可进行变形预测。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法的流程图；
图2为本发明实施例1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法的粗加工状态静压力施加示意图；
图3为本发明实施例1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法的半精加工状态静压力施加示意图；
图4为本发明实施例1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法的精加工状态静压力施加示意图；
图5位本发明实施例1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法的零件全尺寸测量点位示意图；
图6为本发明实施例1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法的变形最大测量点示意图；
图中标记：1-反拉工装，2-粗加工毛坯，3-静压力F1，4-半精加工结束零件状态，5-静载力F2，6-精加工结束状态，7-凸台连接片，8-静压力F3，9-全尺寸测量点位，10-端面1变形最大测量点，11-端面2变形最大测量点，12-端面3变形最大测量点，13-端面4变形最大测量点，14-端面5变形最大测量点，16-端面6变形最大测量点，17-端面7变形最大测量点，18-端面8变形最大测量点，19-耳片轮廓1变形最大测量点，20-耳片轮廓2变形最大测量点，21-耳片轮廓3变形最大测量点，22-耳片轮廓4变形最大测量点。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种机加反拉方案变形预测及控制方法，包括：
S1：变形仿真，在确定反拉方案对零件进行正式加工前，采用有限元软件对仿真模型进行网格划分，并分区域施加静压力进行静力学分析，得到初步变形仿真结果；
所述步骤S1还包括：
S11：如图2所示，粗加工状态下零件静载变形计算，在反拉方案中首先粗精加工耳片，在双耳片开槽时，需要考虑沿Y方向削切力影响，故施加F1y＝-100N(F为静压力)，可知Z向变形最大，变形变量最大值为+1.043e-03，即在粗精加工耳片时，零件整体刚性较好，变形小。
S12：如图3所示，半精加工状态下零件静载变形计算，在反拉方案中铣削远离定位部分最远端(最顶端)时，需要考虑沿X和Y方向切削力影响，故施加F2x和F2y方向静压力，最顶端加工内容主要为顺序铣槽腔，施加沿X正向静压力F2x＝100N和Y正向静压力F2y＝100N。
具体的，沿X正向静压力F2x＝100N的仿真结果：可知，X和Y向变形最大，变形量最大值为+5.93e-03(Y向)。
沿Y正向静压力F2y＝100N仿真结果：可知，Y向变形最大，变形量最大值为+1.06e-03(Y向)。
对比沿X和Y正向静压力仿真结果：沿X施加正向静压力F2x＝100N时，变形变量最大值为+5.93e-03，出现在Y向；沿Y实际正静压力F2y＝100N时，变形量最大值为+1.06e-02，也出现在Y向，可初步判断，在该反拉方案下，铣削加工顶部时，零件易受到轴向力的影响产生变形，加工时沿着Y向的走刀方式，在使用顺序铣加工框面槽腔时，大切宽小切深减少轴向削切力来控制变形。
S13：如图4所示，精加工状态下零件静载变形计算，在反拉方案中零件的所有内容加工结束后，再铣开凸台连接，因此在凸台连接与零件接触部位，需要考虑沿X和Y方向切削力影响，故施加F3x和F3y方向的静压力，铣开凸台连接多采用顺序铣操作。
具体的，沿X正向静压力F3x＝100N仿真结果：可知，Y向变形最大，变形变量最大值为+1.58e-02(Y向)。
沿Y正向静压力F3y＝100N，F3y＝50N，F3y＝20N，F3y＝10N仿真结果：可知，当F3y＝100N时，Y向变形最大，变形变量最大值为+3.59e-01(Y向)；当F3y＝50N时，Y向变形最大，变形变量最大值为+1.8e-01(Y向)；当F3y＝20N时，Y向变形最大，变形变量最大值为+7.21e-02(Y向)；当F3y＝10N时，Y向变形最大，变形变量最大值为+3.61e-02(Y向)。
综上，对比沿X和Y正向静压力仿真结果，沿X施加正向静压力F3x＝100N时，变形变量最大值为+1.58e-02，出现在Y向；沿Y施加正向静压力F3x＝100N时，变形变量最大值为+3.59e-01，出现在Y向，为X向的22.7倍；当F3y＝10N时，变形变量最大值为+3.61e-02。故在凸台铣开时，零件易受到轴向力的影响产生变形，非必要情况下不应出现沿Y向走刀方式，但实际加工中铣薄凸台连接后，存在一处下陷因空间限制需要沿Y向走刀，为减小削切力对零件变形的影响，采用锥度刀小余量桁切下陷。
S14：变形量确定，对比沿XYZ正向静压力的仿真结果，确定各方向变量的最大值为所述仿真变形数据。
S2：机加测量，根据所述初步变形仿真结果确定初步反拉方案，并对首件零件进行数控加工并测量得到变形数据；
所述步骤S2包括：
S21：根据所述初步变形仿真结果，确定初步反拉方案；
S22：在五坐标立卧转换机床对所述首件零件进行数控加工；
具体的，采用立卧转换机床加工零件6个面，首先在五坐标立卧转换机床铣出沟槽、反拉螺纹孔后，反拉装夹铣出首件零件的所有尺寸，凸台由钳工去除，首件零件主体结构在一个工序中成形，粗精加工不分离，加工过程未出现弹刀、拉刀等异常情况，精加工带凸台送测，测量后由钳工去除并打磨连接位置。
S23：加工结束，保持首件零件状态不变，通过三坐标测量机对所述首件零件的关键部位进行测量，得到所述变形数据，全尺寸测量点位如图5所示，测量结果如表1；
表1测量点分布情况
| 测量部位 | 测量公差 | 测量点数量 | 是否超差 |
| 外形 | +0.1/-0.3 | 31 | 否 |
| 下陷 | 0/-0.3 | 16 | 否 |
| 端面 | -0.3/-0.6 | 8 | 否 |
| 耳片轮廓 | ±0.3 | 19 | 否 |
| 耳片槽 | ±0.5 | 60 | 否 |
| 耳片槽中面 | ±0.25 | 4 | 否 |
| 耳片凸台面 | ±0.25 | 12 | 否 |
| 耳片衬套孔孔位 | ±0.25 | 2 | 否 |
| 耳片锥孔 | ±0.2 | 23 | 否 |
| 交接孔孔位 | ±0.5 | 55 | 否 |
| 筋位 | ±0.5 | 39 | 否 |
S3：对比优化，将所述初步仿真变形数据与所述变形数据进行对比，根据对比结果标定静压力，对仿真模型进行迭代优化，确定最终的反拉方案。
所述步骤S3包括：
S31：整理所述首件零件的关键部位的变形数据，如图6所示，所述关键部位为变形最大测量点即在变形最大区域设置的测量点，并记录分析所述变形数据；
S32：整理所述零件的关键部位的仿真变形数据，并记录分析所述仿真变形数据；
S33：将所述变形数据与所述仿真变形数据进行对比，如表2所示，利用误差最大值的原则判定标定静压力，所述最大值≤1/3公差带；
表2测量机测量结果与仿真最大变形量对比
S34：进行迭代优化，以标定静压力来作为仿真输入数据，来对反拉方案进行迭代优化。
具体的，根据仿真与实际的对比结果调整静压力F的大小，使得仿真结果与首件零件的变形情况一致，完成标定后即可实现仿真结果与首件零件的加工结果的准确映射关系，实现准确变形预测和控制，后续同类零件的加工可参考该方案在半精加工及精加工对应位置分别加载100N/10N的静压力进行静力学仿真，以验证方案的可行性。
最后根据最终确定的反拉方案进行机加生产。
采用上述技术方案，能够实现零件在加工前变形预测，规避零件加工过程中，因加工方案，走刀轨迹不合理导致的零件变形，将仿真变形数据与零件测量数据进行对比，建立了仿真模型与实际变形情况的映射关系，保证了仿真输入数据的有效性，仿真结果可靠性大，保证了首件零件加工合格后，后续批产零件高质稳定加工，适用于所有采用反拉方案的零件的变形预测及控制，使用范围广，不受被加工零件材料限制，不同零件材料只需要调整仿真输入条件，如密度、弹性模量、泊松比等，即可进行变形预测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种机加反拉方案变形预测及控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：变形仿真，在正式确定反拉方案来对零件进行加工前，采用有限元软件对仿真模型进行网格划分，并分区域施加静压力进行静力学分析，得到初步变形仿真结果；
S2：机加测量，根据所述初步变形仿真结果确定初步反拉方案，并对首件零件进行数控加工并测量得到变形数据；
S3：对比优化，将所述初步变形仿真结果与所述变形数据进行对比，根据对比结果标定静压力，对反拉方案进行迭代优化，确定最终的反拉方案；
所述步骤S1还包括：
S11：粗加工状态下零件静载变形计算，网格划分后，施加所述静压力，在反拉方案中，考虑沿XYZ方向最大切削力的影响来施加静压力；
S12：半精加工状态下零件静载变形计算，网格划分后，施加所述静压力，在反拉方案中，考虑沿XYZ方向最大切削力的影响来施加静压力；
S13：精加工状态下零件静载变形计算，网格划分后，施加所述静压力，在反拉方案中，考虑沿XYZ方向最大切削力的影响来施加静压力；
S14：变形量确定，对比沿XYZ正向静压力的初步变形仿真结果，确定各方向变量的最大值为仿真变形数据；
所述步骤S3还包括：
S31：整理所述首件零件的关键部位的所述变形数据，并记录分析所述变形数据；
S32：整理所述零件的关键部位的仿真变形数据，并记录分析所述仿真变形数据；
S33：将所述变形数据与所述仿真变形数据进行对比，利用误差最大值的原则判定标定静压力；
S34：进行迭代优化，以所述标定静压力来作为仿真输入数据，来对所述仿真模型进行迭代优化。
2.根据权利要求1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法，其特征在于，所述网格划分采用的是实体单元网格，网格的大小为10mm。
3.根据权利要求1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
S21：根据所述初步变形仿真结果，确定初步反拉方案；
S22：在五坐标立卧转换机床对所述首件零件进行数控加工；
S23：加工结束，保持首件零件状态不变，并对所述首件零件的关键部位进行测量得到所述变形数据。
4.根据权利要求3所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法，其特征在于，所述关键部位为变形最大测量点，即在变形最大区域设置的测量点。
5.根据权利要求3所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法，其特征在于，通过三坐标测量机对所述首件零件的关键部位进行测量。
6.根据权利要求1所述的一种机加反拉方案变形预测及控制方法，其特征在于，所述最大值≤1/3公差带。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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