基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法
【专利说明】
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技术领域： 本发明涉及一种基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法。
[0002]
【背景技术】： 随着模具行业的发展，人们对复杂曲面的精度要求也越来越高，四轴加工系统作为加 工高精度复杂曲面的机床之一，被广泛地应用到汽车外覆盖件模具等复杂型面的制造中。
[0003] 四轴机床相对与传统的三轴机床而言，它具有更大的灵活性，以便加工复杂曲面， 但却对刀具空间位姿的求解问题带来难度，且刀具位姿的变化会影响到整个机床的综合刚 度性能的变化，运动轴也主要依靠关节来实现平动和转动，这样机床关节、行程较长的横 梁、刀柄-主轴结合面\刀具本身等这些部分相对于其它结构而言，其刚度较弱，因此在交 变载条件下进行加工，会产生一定量的变形，而这些变形往往会对刀位点的位移产生较大 的影响从而对模具加工带来一定误差。同时，模具本身的表面形貌特征以及材料特性是影 响机床在加工过程中刚度性能的另一大因素。而模具表面质量高低又会直接影响到冲压工 件的耐磨性、耐蚀性以及抗疲劳破损能力。所以，模具机床的总体刚度场快速建模以及性能 分析就显得尤为重要。
[0004]
【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法。
[0005] 上述的目的通过以下的技术方案实现： 一种基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法，首先对模具进行特性 分析，其次对所述的四轴加工系统各部件刚度建立模型，再次对所述的四轴加工系统运动 链建立模型并建立综合刚度场模型并进行特性分析，最后根据对综合刚度场进行特性分析 进行加工操作。
[0006] 所述的基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法，所述的模具特 性分析包括如下步骤：首先获取待加工平面法向量，然后通过有限元方法获得模具的刚度 矩阵。
[0007] 所述的基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法，所述的四轴加 工系统各部件刚度模型的建立包括如下内容：所述的四轴加工系统的横梁刚度模型的建 立、所述的四轴加工系统的关节刚度模型的建立、所述的四轴加工系统的刀具-主轴刚度 模型的建立。
[0008] 所述的基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法，根据所述的四 轴加工系统各部件刚度模型的建立和所述的四轴加工系统运动链模型的建立，对系统的综 合刚度场建立模型并进行特性分析。
[0009] 所述的基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法，所述的根据对 综合刚度场进行特性分析进行加工操作的方法是首先对控制点选取预设的刀具空间姿态， 通过引入空间力椭球获得机床在所述的刀具空间位姿下的综合刚度性能，选取最优刀具姿 态；再把模具的表面特性引入所述的力椭球中，得到整个模具的刚度性能图，最后通过刚度 性能评价指标，得到最优加工路径，进行加工操作。
[0010] 有益效果： 1.本发明通过对四轴加工系统各部件刚度参数、加工过程中刀具的空间位置与姿态 (位移与角度）以及被加工模具表面若干控制点的刚度进行获取，建立机床关节-横梁-刀 具主轴-工件在此刀具的空间位姿下的系统综合刚度场，并进行分析与评价确定加工工 艺，这样即使模具机床在加工过程中的刚度性能得到优化，也使被加工的模具的表面质量 得到提高。
[0011] 本发明具有成本低，操作简单，测量速度快、精度高等特点，能显著且有效地提高 工件加工的精度和效率。
[0012] 本发明主要针对汽车外覆盖件的四轴加工系统进行刚度场建模，通过对四轴加工 系统的综合刚度场的分析计算，对铣削过程中各种型面的模具及机床的刀具空间位姿(角 度、位移）以及进刀方向进行优化，是高精度模具加工技术。
[0013] 本发明对于汽车外覆盖件模具本身的刚度，采用有限元法进行分析得到任意控制 点的刚度矩阵；对于加工过程中的模具机床综合刚度矩阵计算，不仅考虑机床运动关节，刀 具，刀具主轴结合，模具本身部等常见的对机床刚度性能贡献较大的部件，还特别考虑到在 加工过程中横梁的变形对机床整体刚度性能的贡献，以此获得的综合刚度矩阵更加符合实 际加工情况，此外，本发明将力椭球引入综合刚度场中，以椭球最短轴为刚度性能指标，可 以通过最大化椭球短轴来进行刀具位姿的优化，同时，还通过软件进行计算获得模具的待 加工表面法向量，并将其引入力椭球中，从而获得了面向加工平面的刚度性能指标，得到了 加工过程中模具综合刚度性能图，因而可以根据需要进行加工路径优化。
[0014] 本发明仿真过程经过与目前现有技术中比较先进的COMET-L3D光学测量仪进行 对比，具有成本低，操作简单，测量速度快、精度高等特点，能显著且有效地提高工件加工的 精度和效率。
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【附图说明】： 附图1是本发明的加工表面法向量示意图。
[0016] 附图2是本发明的六个方向单位载荷的施加示意图。
[0017] 附图3是本发明的结构示意图。
[0018] 附图4是本发明的力椭球示意图。
[0019] 附图5是本发明的考虑加工平面的力椭球示意图。
[0020] 附图6是本发明的发明流程图。
[0021] 附图7a是本发明的A轴转角为0°时系统力椭球的示意图。
[0022] 附图7b是本发明的A轴转角为30°时系统力椭球的示意图。
[0023] 附图7c是本发明的A轴转角为60°时系统力椭球的示意图。
[0024] 附图8是本发明A轴转角为30°时力椭球与加工平面相交的椭圆形状的示意图。
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【具体实施方式】： 实施例1: 基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法，首先对模具进行特性分 析，其次对所述的四轴加工系统各部件刚度建立模型，再次对所述的四轴加工系统运动链 建立模型并建立综合刚度场模型并进行特性分析，最后根据对综合刚度场进行特性分析进 行加工操作。
[0026] 实施例2: 根据实施例1所述的基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法，所述 的模具特性分析包括如下步骤：首先获取待加工平面法向量，然后通过有限元方法获得模 具的刚度矩阵。
[0027] 实施例3; 根据实施例1或2所述的基于四轴加工系统综合刚度场的外覆盖件模具的加工方法， 所述的四轴加工系统各部件刚度模型的建立包括如下内容：所述的四轴加工系统的横梁 刚度模型的建立、所述的四轴加工系统的关节刚度模型的建立、所述的四轴加工系统的刀 具-主轴刚度模型的建立。
[0028] 实施例4: