外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法
【专利说明】
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技术领域： 本发明涉及一种根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法。
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【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，四轴数控机床作为加 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] 四轴加工系统相对与传统的三轴加工系统而言，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加 工系统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 料特性是影响加工系统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，模具加工系统的总体刚度 场快速建模以及性能分析就显得尤为重要。
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【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的 方法。
[0005] 上述的目的通过以下的技术方案实现： 一种根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法，首先对模具进行 特性分析，其次对所述的四轴联动加工系统各部件刚度建立模型，再次对所述的四轴联动 加工系统运动链建立模型，最后进行综合刚度场特性分析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加工系统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，得到最优切削路径，进行切削操作。
[0006] 所述的根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法，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] 所述的根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法，所述的四 轴联动加工系统各部件刚度模型的建立包括如下内容：所述的四轴联动加工系统的横梁刚 度模型的建立、所述的四轴联动加工系统的关节刚度模型的建立、所述的四轴联动加工系 统的刀具-主轴刚度模型的建立。
[0008] 所述的根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法，根据所述 的四轴联动加工系统各部件刚度模型的建立和所述的四轴联动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。
[0009] 有益效果： 1.本发明通过对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切削工艺，这 样即使模具加工系统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1?。
[0010] 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。
[0011] 本发明主要针对汽车外覆盖件的四轴数控加工系统进行刚度场建模，通过对四轴 数控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加工系统的刀具 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。
[0012] 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加工系统综合刚度矩阵计算，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加工系统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加工系统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，从而获得了面向切削平面的刚度性 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切削路径优化。
[0013] 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。
[0015] 附图2是本发明的六个方向单位载荷的施加示意图。
[0016] 附图3是本发明的结构示意图。
[0017] 附图4是本发明的力椭球示意图。
[0018] 附图5是本发明的考虑加工平面的力椭球示意图。
[0019] 附图6是本发明的发明流程图。
[0020] 附图7a是本发明的A轴转角为0°时系统力椭球的示意图。
[0021] 附图7b是本发明的A轴转角为30°时系统力椭球的示意图。
[0022] 附图7c是本发明的A轴转角为60°时系统力椭球的示意图。
[0023] 附图8是本发明A轴转角为30°时力椭球与切削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: 根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法，首先对模具进行特性 分析，其次对所述的四轴联动加工系统各部件刚度建立模型，再次对所述的四轴联动加工 系统运动链建立模型，最后进行综合刚度场特性分析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加工系统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，得到最优切削路径，进行切削操作。
[0025] 实施例2: 根据实施例1所述的根据外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能进行切削的方法， 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。
[0026] 实施例3; 根据实施例1或2所述的外覆盖件模具四轴加工系统综合刚度性能获取方法及应用， 所述的四轴联动加工系统各部件刚度模型的建立包括如下内容：所述的四轴联动加工系统 的横梁刚度模型的建立、所述的四轴联动加工系统的关节刚度模型的建立、所述的四轴联 动加工系统的刀具-主轴刚度模型的建立。