一种基于零件刚度衰减的结构件加工顺序评价方法与流程

本发明属于数控机床加工技术领域，特别涉及一种基于零件刚度衰减的结构件加工顺序评价方法。

背景技术：

随着航空器设计理念和零件制造技术的进步，航空结构件朝着复杂化，大型化方向发展，但是航空器减重又对航空结构件提出严格要求，航空结构件中出现了大量的型腔加工特征，结构件材料去除率达到80％以上，有些结构件甚至在95％以上，所以航空结构件加工时间集中于型腔材料去除过程，而航空结构件加工过程，实际是零件刚度逐渐衰减的过程，不同的加工顺序，对应不同的刚度衰减过程。

目前在航空结构件实际加工编程过程中，面对大量型腔，选择何种加工顺序对编程人员提出了很大挑战，编程人员通行做法是根据以往经验，考虑保持航空结构件加工过程中刚性来选择加工顺序，由于实际加工经验往往趋于保守，所以加工效率较低，增加零件延迟交付风险，实际生产过程中，需要一种航空结构件加工顺序评价方法，在保证零件加工过程中刚度较好，提高航空结构件加工效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于零件刚度衰减的结构件加工顺序评价方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于零件刚度衰减的结构件加工顺序评价方法，包括以下步骤：

步骤1)、根据不同加工顺序进行计算模拟，得到每个加工顺序下加工零件的固有频率；

步骤2)、根据各加工顺序下加工零件的固有频率绘制待加工零件的总体固有频率衰减折线图，待加工零件的总体固有频率处于最高水平所对应的加工工序即为最佳加工工序。

进一步的，步骤1)中、对待加工零件的加工面进行分区得到不同分区加工面，对不同分区加工面规划不同的加工顺序，待加工零件为多型腔的结构件的，按型腔进行分区，对分区后的型腔给定加工顺序。

进一步的，给定加工工序根据排列组合包含所有可能的加工顺序。

进一步的，利用三维模型模拟不同加工工序下的待加工零件固有频率曲线图。

进一步的，具体的，根据给定加工工序生成第一加工步三维模型，利用三维模型，给定边界条件，对模型划分网格加工，计算并记录各加工阶固有频率，如果给定加工工序不符合加工要求，则继续生成下一加工步三维模型，如果给定加工工序符合加工要求，则提取不同加工步下待加工零件三维模型的固有频率，重复上述加工步完成所有加工工序。

进一步的，根据各加工步下待加工零件三维模型的固有频率最后绘制零件总体固有频率衰减折线图。

进一步的，待加工零件为多型腔的结构件的，按型腔进行分区，一个型腔为一个加工区域。

进一步的，一个加工顺序下含有多个加工步的，计算各加工步下的待加工零件的固有频率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种基于零件刚度衰减的结构件加工顺序评价方法，通过零件固有频率折线图以及利用零件固有频率折线图评价加工顺序的方法，零件加工过程是刚度衰减的过程，刚度衰减在动力学上表现为固有频率的衰减，利用不同加工顺序下各加工步零件固有频率绘制零件总体固有频率衰减折线图，零件固有频率衰减折线图横坐标为加工阶段，纵坐标为零件固有频率，图中数据点代表每个加工顺序下每个加工步的零件固有频率，根据前面规划的加工顺序依次连接一个加工顺序下各个加工步的各点得到该加工顺序下零件固有频率衰减曲线，通过零件总体固有频率衰减折线图反映零件整体刚度衰减过程，比较不同加工顺序下固有频率衰减过程，选取整个加工过程总体固有频率处于较高水平的加工顺序折线，这样的加工顺序可以保持加工过程中零件整体刚度较好。

加工过程中，相较于较低的整体刚度，较高的整体刚度，可以在加工过程中给定较大的加工参数，因此可以缩短加工时间，获得更大的加工效率，从而提高航空结构件加工效率。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2为示例航空结构件图。

图3为示例零件加工过程第一阶固有频率衰减折线图。

图中：1-第1加工区域、2-第2加工区域、3-第3加工区域、4-第4加工区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种基于零件刚度衰减的结构件加工顺序评价方法，包括以下步骤：

步骤1)、根据不同加工顺序进行计算模拟，得到每个加工顺序下加工零件的固有频率；

步骤2)、根据各加工顺序下加工零件的固有频率绘制待加工零件的总体固有频率衰减折线图，待加工零件的总体固有频率处于最高水平所对应的加工工序即为最佳加工工序。

步骤1)中，首先对零件加工面进行分区，规划不同的加工顺序，为计算零件刚度作准备，待加工零件为多型腔的结构件的，一般按型腔进行分区，一个型腔就是一个加工区域；接着给定加工顺序，并且生成第一加工步三维模型，利用三维模型，给定边界条件，对模型划分网格加工，计算并记录各加工阶固有频率；如果给定加工工序不符合加工要求，则继续生成下一加工步三维模型，如果给定加工工序符合加工要求，则提取不同加工步下待加工零件三维模型的固有频率，重复上述加工步完成所有加工工序，根据各加工步下待加工零件三维模型的固有频率最后绘制零件总体固有频率衰减折线图。

如图2所示为具体实施例给定结构件示例零件，其包括四个型腔，根据型腔划分加工区域，分别为第1加工区域1、第2加工区域2、第3加工区域3、第4加工区域4，针对四个加工区域有多种加工顺序，通过四个加工步可以完成该零件加工，每个加工步切除一个加工区域的材料，如表1所示，加工阶段0表示零件未加工，加工阶段1表示，切除一个加工区域材料，所以在加工步一有四个加工区域可以选择，分别为1，2，3，4加工区域；加工阶段2，表示切除两个加工区域材料，共有六个区域的组合，分别为(1、2)，(1、3)，(1、4)，(2、3)，(2、4),(3、4)加工区域组合；加工阶段3，表示切除了三个加工区域，共有四个区域的组合，分别为(1、2、3)，(1、2、4)，(1、3、4)，(2、3、4)；加工阶段4，切除剩余的最后一个加工区域，形成最终零件；根据图1所示的流程，每一个加工步，每一个加工组合都会生成一个三维模型，添加边界条件后计算和记录该模型的各阶固有频率，对示例结构件选择第一阶固有频率，利用各加工阶段的不同加工顺序的第一阶固有频率绘制固有频率衰减折线图。

表1示例零件加工顺序表

如图3所示为绘制的示例结构件在不同加工顺序下绘制的固有频率衰减折线图，为了简化标识，图中的数据点标识对应于图2加工顺序说明表格中的加工顺序代号，该固有频率衰减折线图横坐标对应于图2的加工阶段，纵坐标为某一加工步的零件固有频率，由于零件自身对称性，实现折线代表的加工顺序为1、4、2、3，即从两侧向中间加工，虚线折线代表加工顺序为2、3、1、4，即从中间向两侧加工，从图3中可以看出，按照实线代表加工顺序加工时，加工过程中零件固有频率高于虚线代表的加工顺序，即按照实现代表顺序加工，加工过程中示例零件每个加工阶段的刚度大于虚线代表的加工顺序，故按照实线代表的加工顺序加工，在加工各个阶段保持较好刚性，可以采用较大的加工参数，从而得到更高的加工效率。

通过零件固有频率衰减折线图可以对零件加工顺序进行评价，图3中虚线代表加工顺序2、3、1、4和实线代表的加工顺序1、4、2、3相比，在加工过程中，零件刚度衰减较缓慢，零件刚度处于较高状态，更利于提升该示例零件加工效率，实线代表的加工顺序更具有优越性，通过该固有频率衰减折线图达到了评价示例零件各加工顺序的目的。

本发明通过零件固有频率折线图以及利用零件固有频率折线图评价加工顺序的方法，零件加工过程是刚度衰减的过程，刚度衰减在动力学上表现为固有频率的衰减，利用不同加工顺序下各加工步零件固有频率绘制零件总体固有频率衰减折线图，零件固有频率衰减折线图横坐标为加工阶段，纵坐标为零件固有频率，图中数据点代表每个加工顺序下每个加工步的零件固有频率，根据前面规划的加工顺序依次连接一个加工顺序下各个加工步的各点得到该加工顺序下零件固有频率衰减曲线，通过零件总体固有频率衰减折线图反映零件整体刚度衰减过程，比较不同加工顺序下固有频率衰减过程，选取整个加工过程总体固有频率处于较高水平的加工顺序折线，这样的加工顺序可以保持加工过程中零件整体刚度较好。

加工过程中，相较于较低的整体刚度，较高的整体刚度，可以在加工过程中给定较大的加工参数，因此可以缩短加工时间，获得更大的加工效率，从而提高航空结构件加工效率。