一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，首先对薄壁加工件的夹紧力进行优化设置，然后找出工件受力点范围，接着对工件进行辅助支撑，最后将补偿数据导入数控程序。与现有技术相比，本发明的一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，可以在薄壁件数控加工前进行分析，确定装夹力大小，找准装夹点和工件支撑点，利用增减刀补，稳定工件的装夹，减小工件切削变形，进一步提高精准度。
【专利说明】一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种工件加工控制方法，特别是一种薄壁异形件装夹变形主动加工方 法。
【背景技术】
[0002] 在薄壁件件数控加工中，待加工零件的装夹精度是影响零件加工质量和效率的关 键环节之一。由于薄壁件尤其是大型薄壁异型件的壁厚小、刚度差、形状复杂，装夹时容易 发生较大变形，从而影响其加工精度，以往的薄壁件加工过程，并没有一套完整的加工流 程，为了减小加工变形，使用最多的方法也就是采用多次校正的方式，但这不能从根本上避 免变形。在研究薄壁件装夹时，需要从各个方面研究可能产生装夹变形的因素，这样才能有 效的避免加工件，特别是薄壁工件的变形。
【发明内容】
[0003] 本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能对薄壁件 装夹变形实现主动控制，主要通过对薄壁型工件的金属变形性质分析和夹紧力、切削力的 确定，从而进行针对性的工件支撑，工艺路径中刀补的改变来提高薄壁型工件切削的高精 度，最大程度的避免金属变形，进一步的强化对薄壁型工件的切削工艺。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0005] -种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，其特征在于：包括以下步骤。
[0006] A.装夹薄壁件，根据力矢和力矩方程分析薄壁件受到的压力、支反力和摩擦力，计 算出薄壁件受到最小夹紧力的范围，并取其中一个数值作为初始夹紧力数值；分析薄壁件 所受到的压力、支反力与摩擦力，粗略计算出薄壁件的初始夹紧力；B.在初始夹紧力数值 上分别增加若干不同大小的夹紧力作为待分析夹紧力数值；以初始夹紧力为基础，以一定 增量选定若干待分析的夹紧力数值C.将薄壁件建立有限元装配模型分析，模拟出薄壁件 的装夹最大受力点，以及装夹接触面的法向装夹力范围和切向装夹力范围；建立符合实际 装夹情况的有限元装配模型，设置合适的边界约束及接触，查看有限元分析结果，提取接触 面之间的法向与切向接触力；D.将待分析夹紧力数值带入模拟出的法向装夹力范围和切 向装夹力范围进行筛选，即选择待分析夹紧力数值与法向装夹力范围和切向装夹力范围共 有的数值；E.将筛选后的待分析夹紧力数加入到加工安全系数中计算和筛选，得出最终夹 紧力；F.将机床切削力代入最终夹紧力，建立有限元分析模型，分析薄壁件的变形范围并 选择最小变形量，对最终夹紧力和机床切削力作出调节满足薄壁件的最小变形量；判断加 工变形值是否满足加工要求，若不满足则重新调整夹紧力与切削力；G.建立薄壁件的有限 元模型，分析出薄壁件的加工变形最大区域；H.在薄壁件的加工变形最大区域上设置辅助 支撑工具，把薄壁件工件装夹变形调节到最小；I.利用软件分析出薄壁件在装夹条件下， 各部位的变形数据，并把数据加入刀具补偿，导入数控程序中。
[0007] 作为更进一步的优选方案，所述步骤A中初始夹紧力数值取最小夹紧力的范围中 的中间数值。
[0008] 作为更进一步的优选方案，所述步骤B中增加了若干不同大小的夹紧力，其增加 的力为5N_ 3〇N。
[0009] 作为更进一步的优选方案，所述步骤Η中辅助支撑工具为多点装夹台虎钳。
[0010] 作为更进一步的优选方案，所述步骤I中的软件为ABAQUS。
[0011] 与现有技术相比，本发明的一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，可以在薄壁 件数控加工前进行分析，确定装夹力大小，找准装夹点和工件支撑点，调节切削力，利用增 减刀补，稳定工件的装夹，减小工件切削变形，进一步提高精准度。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的总流程图；
[0013] 图2是本发明中夹紧力优化计算流程图；
[0014] 图3是本发明中夹紧力与切削力优化匹配流程图；
[0015] 图4是本发明中辅助支撑位置优化流程图；
[0016] 图5是本发明中装夹误差补偿流程图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。
[0018] 本发明的一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法包括夹紧力优化计算、辅助支撑 位置优化计算、装夹变形主动预补偿，具体操作流程如图1所示。
[0019] 图2所示为本发明中基于有限元方法的夹紧力优化计算流程。
[0020] Α步骤-Ε步骤：
[0021] 步骤210 :使用理论力学相关知识，运用力矢与力矩平衡方程，分析薄壁件所受到 的压力、支反力与摩擦力，粗略计算出薄壁件的初始夹紧力。
[0022] 步骤220 :以初始夹紧力为基础，以一定增量选定若干待分析的夹紧力数值。
[0023] 步骤230 :基于ABAQUS软件，建立符合实际装夹情况的有限元装配模型，设置合适 的边界约束及接触。
[0024] 步骤240 :查看有限元分析结果，提取接触面之间的法向与切向接触力。
[0025] 步骤250 :根据得出的法向与切向接触力，判断是否满足装夹约束条件，若不满 足，返回步骤220,若满足则指向步骤260,工件所受的力包括夹紧力、夹紧元件与工件之间 的摩擦力、切削力及工件本身的重力，可以得到如下关系式：。
[0026] 步骤260 :根据有限元分析得出的夹紧力，选定合适的安全系数，两者乘积即为最 终优化的夹紧力值。
[0027] 步骤A-E中涉及的力学公式有：
[0028] 力矢与力矩平衡方程，公式如下
[0029] min (max (| Δ」，| Δ2|，···，| Δη|))，
[0030]
【权利要求】
1. 一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，其特征在于：包括以下步骤 A. 装夹薄壁件，根据力矢和力矩方程分析薄壁件受到的压力、支反力和摩擦力，计算出 薄壁件受到最小夹紧力的范围，并取其中一个数值作为初始夹紧力数值； B. 在初始夹紧力数值上分别增加若干不同大小的夹紧力作为待分析夹紧力数值； C. 将薄壁件建立有限元装配模型分析，模拟出薄壁件的装夹最大受力点，以及装夹接 触面的法向装夹力范围和切向装夹力范围； D. 将待分析夹紧力数值代入模拟出的法向装夹力范围和切向装夹力范围进行筛选具 有共同数值的部分； E. 将筛选后的待分析夹紧力数加入到加工安全系数中计算和筛选，得出最终夹紧力； F. 将机床切削力代入最终夹紧力，建立有限元分析模型，分析薄壁件的变形范围并选 择最小变形量，对最终夹紧力和机床切削力作出调节满足薄壁件的最小变形量； G. 建立薄壁件的有限元模型，分析出薄壁件的加工变形最大区域； H. 在薄壁件的加工变形最大区域上设置辅助支撑工具，把薄壁件工件装夹变形调节到 最小； I. 利用软件分析出薄壁件在装夹条件下，各部位的变形数据，并把数据加入刀具补偿， 导入数控程序中。
2. 根据权利要求1所述的一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，其特征在于：所述 步骤A中初始夹紧力数值取最小夹紧力的范围中的中间数值。
3. 根据权利要求1所述的一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，其特征在于：所述 步骤B中增加了若干不同大小的夹紧力，其增加的力为5N-30N。
4. 根据权利要求1所述的一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，其特征在于：所述 步骤Η中辅助支撑工具为多点装夹台虎钳。
5. 根据权利要求1所述的一种薄壁异形件装夹变形主动加工方法，其特征在于：所述 步骤I中的软件为ABAQUS。
【文档编号】G05B19/404GK104111625SQ201410195511
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】陈蔚芳, 刘英智, 苏宏华, 何临江, 薛林峰, 刘军, 汤海英, 朱建伟 申请人:南京航空航天大学