外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法
【專利說明】
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技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明涉及一種根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法。
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【背景技術(shù)】： 隨著模具行業(yè)的發(fā)展，人們對復(fù)雜曲面的精度要求也越來越高，四軸數(shù)控機床作為加 工高精度復(fù)雜曲面的機床之一，被廣泛地應(yīng)用到汽車外覆蓋件模具等復(fù)雜型面的制造中。
[0003] 四軸加工系統(tǒng)相對與傳統(tǒng)的三軸加工系統(tǒng)而言，它具有更大的靈活性，以便加工 復(fù)雜曲面，但卻對刀具空間位姿的求解問題帶來難度，且刀具位姿的變化會影響到整個加 工系統(tǒng)的綜合剛度性能的變化，運動軸也主要依靠關(guān)節(jié)來實現(xiàn)平動和轉(zhuǎn)動，這樣機床關(guān)節(jié)、 行程較長的橫梁、刀柄-主軸結(jié)合面\刀具本身等這些部分相對于其它結(jié)構(gòu)而言，其剛度較 弱，因此在交變載條件下進行加工，會產(chǎn)生一定量的變形，而這些變形往往會對刀位點的位 移產(chǎn)生較大的影響從而對模具加工帶來一定誤差。同時，模具本身的表面形貌特征以及材 料特性是影響加工系統(tǒng)在加工過程中剛度性能的另一大因素。而模具表面質(zhì)量高低又會直 接影響到?jīng)_壓工件的耐磨性、耐蝕性以及抗疲勞破損能力。所以，模具加工系統(tǒng)的總體剛度 場快速建模以及性能分析就顯得尤為重要。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的 方法。
[0005] 上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法，首先對模具進行 特性分析，其次對所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)各部件剛度建立模型，再次對所述的四軸聯(lián)動 加工系統(tǒng)運動鏈建立模型，最后進行綜合剛度場特性分析首先對控制點選取預(yù)設(shè)的刀具空 間姿態(tài)，通過引入空間力橢球獲得加工系統(tǒng)在所述的刀具空間位姿下的綜合剛度性能，選 取最優(yōu)刀具姿態(tài)；再把模具的表面特性引入所述的力橢球中，得到整個模具的剛度性能圖， 最后通過剛度性能評價指標(biāo)，得到最優(yōu)切削路徑，進行切削操作。
[0006] 所述的根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法，所述的模 具特性分析包括如下步驟：首先獲取待加工平面法向量，然后通過有限元方法獲得模具的 剛度矩陣。
[0007] 所述的根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法，所述的四 軸聯(lián)動加工系統(tǒng)各部件剛度模型的建立包括如下內(nèi)容：所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)的橫梁剛 度模型的建立、所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)的關(guān)節(jié)剛度模型的建立、所述的四軸聯(lián)動加工系 統(tǒng)的刀具-主軸剛度模型的建立。
[0008] 所述的根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法，根據(jù)所述 的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)各部件剛度模型的建立和所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)運動鏈模型的建 立，對系統(tǒng)的綜合剛度場建立模型。
[0009] 有益效果： 1.本發(fā)明通過對加工系統(tǒng)各部件剛度參數(shù)、加工過程中刀具的空間位置與姿態(tài)(位移 與角度）以及被加工模具表面若干控制點的剛度進行獲取，建立機床關(guān)節(jié)-橫梁-刀具主 軸-工件在此刀具的空間位姿下的系統(tǒng)綜合剛度場，并進行分析與評價確定切削工藝，這 樣即使模具加工系統(tǒng)在加工過程中的剛度性能得到優(yōu)化，也使被加工的模具的表面質(zhì)量得 到提1?。
[0010] 本發(fā)明具有成本低，操作簡單，測量速度快、精度高等特點，能顯著且有效地提高 工件加工的精度和效率。
[0011] 本發(fā)明主要針對汽車外覆蓋件的四軸數(shù)控加工系統(tǒng)進行剛度場建模，通過對四軸 數(shù)控加工系統(tǒng)的綜合剛度場的分析計算，對銑削過程中各種型面的模具及加工系統(tǒng)的刀具 空間位姿(角度、位移）以及進刀方向進行優(yōu)化，是高精度模具加工技術(shù)。
[0012] 本發(fā)明對于汽車外覆蓋件模具本身的剛度，采用有限元法進行分析得到任意控制 點的剛度矩陣；對于加工過程中的模具加工系統(tǒng)綜合剛度矩陣計算，不僅考慮機床運動關(guān) 節(jié)，刀具，刀具主軸結(jié)合，模具本身部等常見的對加工系統(tǒng)剛度性能貢獻較大的部件，還特 別考慮到在加工過程中橫梁的變形對加工系統(tǒng)整體剛度性能的貢獻，以此獲得的綜合剛度 矩陣更加符合實際加工情況，此外，本發(fā)明將力橢球引入綜合剛度場中，以橢球最短軸為剛 度性能指標(biāo)，可以通過最大化橢球短軸來進行刀具位姿的優(yōu)化，同時，還通過軟件進行計算 獲得模具的待加工表面法向量，并將其引入力橢球中，從而獲得了面向切削平面的剛度性 能指標(biāo)，得到了加工過程中模具綜合剛度性能圖，因而可以根據(jù)需要進行切削路徑優(yōu)化。
[0013] 本發(fā)明仿真過程經(jīng)過與目前現(xiàn)有技術(shù)中比較先進的COMET - L3D光學(xué)測量儀進行 對比，具有成本低，操作簡單，測量速度快、精度高等特點，能顯著且有效地提高工件加工的 精度和效率。
[0014]
【附圖說明】： 附圖1是本發(fā)明的加工表面法向量示意圖。
[0015] 附圖2是本發(fā)明的六個方向單位載荷的施加示意圖。
[0016] 附圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 附圖4是本發(fā)明的力橢球示意圖。
[0018] 附圖5是本發(fā)明的考慮加工平面的力橢球示意圖。
[0019] 附圖6是本發(fā)明的發(fā)明流程圖。
[0020] 附圖7a是本發(fā)明的A軸轉(zhuǎn)角為0°時系統(tǒng)力橢球的示意圖。
[0021] 附圖7b是本發(fā)明的A軸轉(zhuǎn)角為30°時系統(tǒng)力橢球的示意圖。
[0022] 附圖7c是本發(fā)明的A軸轉(zhuǎn)角為60°時系統(tǒng)力橢球的示意圖。
[0023] 附圖8是本發(fā)明A軸轉(zhuǎn)角為30°時力橢球與切削平面相交的橢圓形狀的示意圖。
[0024]
【具體實施方式】： 實施例1: 根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法，首先對模具進行特性 分析，其次對所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)各部件剛度建立模型，再次對所述的四軸聯(lián)動加工 系統(tǒng)運動鏈建立模型，最后進行綜合剛度場特性分析首先對控制點選取預(yù)設(shè)的刀具空間姿 態(tài)，通過引入空間力橢球獲得加工系統(tǒng)在所述的刀具空間位姿下的綜合剛度性能，選取最 優(yōu)刀具姿態(tài)；再把模具的表面特性引入所述的力橢球中，得到整個模具的剛度性能圖，最后 通過剛度性能評價指標(biāo)，得到最優(yōu)切削路徑，進行切削操作。
[0025] 實施例2: 根據(jù)實施例1所述的根據(jù)外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能進行切削的方法， 所述的模具特性分析包括如下步驟：首先獲取待加工平面法向量，然后通過有限元方法獲 得模具的剛度矩陣。
[0026] 實施例3; 根據(jù)實施例1或2所述的外覆蓋件模具四軸加工系統(tǒng)綜合剛度性能獲取方法及應(yīng)用， 所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)各部件剛度模型的建立包括如下內(nèi)容：所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng) 的橫梁剛度模型的建立、所述的四軸聯(lián)動加工系統(tǒng)的關(guān)節(jié)剛度模型的建立、所述的四軸聯(lián) 動加工系統(tǒng)的刀具-主軸剛度模型的建立。