基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明涉及一種基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法。
[0002]
【背景技術(shù)】： 隨著模具行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)復(fù)雜曲面的精度要求也越來越高，四軸加工系統(tǒng)作為加 工高精度復(fù)雜曲面的機(jī)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] 四軸機(jī)床相對(duì)與傳統(tǒng)的三軸機(jī)床而言，它具有更大的靈活性，以便加工復(fù)雜曲面， 但卻對(duì)刀具空間位姿的求解問題帶來難度，且刀具位姿的變化會(huì)影響到整個(gè)機(jī)床的綜合剛 度性能的變化，運(yùn)動(dòng)軸也主要依靠關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣機(jī)床關(guān)節(jié)、行程較長(zhǎng)的橫 梁、刀柄-主軸結(jié)合面\刀具本身等這些部分相對(duì)于其它結(jié)構(gòu)而言，其剛度較弱，因此在交 變載條件下進(jìn)行加工，會(huì)產(chǎn)生一定量的變形，而這些變形往往會(huì)對(duì)刀位點(diǎn)的位移產(chǎn)生較大 的影響從而對(duì)模具加工帶來一定誤差。同時(shí)，模具本身的表面形貌特征以及材料特性是影 響機(jī)床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(huì)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，模具機(jī)床的總體剛度場(chǎng)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基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法。
[0005] 上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法，首先對(duì)模具進(jìn)行特性 分析，其次對(duì)所述的四軸加工系統(tǒng)各部件剛度建立模型，再次對(duì)所述的四軸加工系統(tǒng)運(yùn)動(dòng) 鏈建立模型并建立綜合剛度場(chǎng)模型并進(jìn)行特性分析，最后根據(jù)對(duì)綜合剛度場(chǎng)進(jìn)行特性分析 進(jìn)行加工操作。
[0006] 所述的基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法，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] 所述的基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法，所述的四軸加 工系統(tǒng)各部件剛度模型的建立包括如下內(nèi)容：所述的四軸加工系統(tǒng)的橫梁剛度模型的建 立、所述的四軸加工系統(tǒng)的關(guān)節(jié)剛度模型的建立、所述的四軸加工系統(tǒng)的刀具-主軸剛度 模型的建立。
[0008] 所述的基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法，根據(jù)所述的四 軸加工系統(tǒng)各部件剛度模型的建立和所述的四軸加工系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈模型的建立，對(duì)系統(tǒng)的綜 合剛度場(chǎng)建立模型并進(jìn)行特性分析。
[0009] 所述的基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法，所述的根據(jù)對(duì) 綜合剛度場(chǎng)進(jìn)行特性分析進(jìn)行加工操作的方法是首先對(duì)控制點(diǎn)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機(jī)床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(gè)模具的剛度性能圖，最后通過剛度 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到最優(yōu)加工路徑，進(jìn)行加工操作。
[0010] 有益效果： 1.本發(fā)明通過對(duì)四軸加工系統(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(diǎn)的剛度進(jìn)行獲取，建立機(jī)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(chǎng)，并進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)確定加工工 藝，這樣即使模具機(jī)床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 得到提高。
[0011] 本發(fā)明具有成本低，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量速度快、精度高等特點(diǎn)，能顯著且有效地提高 工件加工的精度和效率。
[0012] 本發(fā)明主要針對(duì)汽車外覆蓋件的四軸加工系統(tǒng)進(jìn)行剛度場(chǎng)建模，通過對(duì)四軸加工 系統(tǒng)的綜合剛度場(chǎng)的分析計(jì)算，對(duì)銑削過程中各種型面的模具及機(jī)床的刀具空間位姿(角 度、位移）以及進(jìn)刀方向進(jìn)行優(yōu)化，是高精度模具加工技術(shù)。
[0013] 本發(fā)明對(duì)于汽車外覆蓋件模具本身的剛度，采用有限元法進(jìn)行分析得到任意控制 點(diǎn)的剛度矩陣；對(duì)于加工過程中的模具機(jī)床綜合剛度矩陣計(jì)算，不僅考慮機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，刀 具，刀具主軸結(jié)合，模具本身部等常見的對(duì)機(jī)床剛度性能貢獻(xiàn)較大的部件，還特別考慮到在 加工過程中橫梁的變形對(duì)機(jī)床整體剛度性能的貢獻(xiàn)，以此獲得的綜合剛度矩陣更加符合實(shí) 際加工情況，此外，本發(fā)明將力橢球引入綜合剛度場(chǎng)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(jìn)行刀具位姿的優(yōu)化，同時(shí)，還通過軟件進(jìn)行計(jì)算獲得模具的待 加工表面法向量，并將其引入力橢球中，從而獲得了面向加工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(jìn)行加工路徑優(yōu)化。
[0014] 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(jìn)的COMET-L3D光學(xué)測(cè)量?jī)x進(jìn)行 對(duì)比，具有成本低，操作簡(jiǎn)單，測(cè)量速度快、精度高等特點(diǎn)，能顯著且有效地提高工件加工的 精度和效率。
[0015]
【附圖說明】： 附圖1是本發(fā)明的加工表面法向量示意圖。
[0016] 附圖2是本發(fā)明的六個(gè)方向單位載荷的施加示意圖。
[0017] 附圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 附圖4是本發(fā)明的力橢球示意圖。
[0019] 附圖5是本發(fā)明的考慮加工平面的力橢球示意圖。
[0020] 附圖6是本發(fā)明的發(fā)明流程圖。
[0021] 附圖7a是本發(fā)明的A軸轉(zhuǎn)角為0°時(shí)系統(tǒng)力橢球的示意圖。
[0022] 附圖7b是本發(fā)明的A軸轉(zhuǎn)角為30°時(shí)系統(tǒng)力橢球的示意圖。
[0023] 附圖7c是本發(fā)明的A軸轉(zhuǎn)角為60°時(shí)系統(tǒng)力橢球的示意圖。
[0024] 附圖8是本發(fā)明A軸轉(zhuǎn)角為30°時(shí)力橢球與加工平面相交的橢圓形狀的示意圖。
[0025]
【具體實(shí)施方式】： 實(shí)施例1: 基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法，首先對(duì)模具進(jìn)行特性分 析，其次對(duì)所述的四軸加工系統(tǒng)各部件剛度建立模型，再次對(duì)所述的四軸加工系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈 建立模型并建立綜合剛度場(chǎng)模型并進(jìn)行特性分析，最后根據(jù)對(duì)綜合剛度場(chǎng)進(jìn)行特性分析進(jìn) 行加工操作。
[0026] 實(shí)施例2: 根據(jù)實(shí)施例1所述的基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法，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。
[0027] 實(shí)施例3; 根據(jù)實(shí)施例1或2所述的基于四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場(chǎng)的外覆蓋件模具的加工方法， 所述的四軸加工系統(tǒng)各部件剛度模型的建立包括如下內(nèi)容：所述的四軸加工系統(tǒng)的橫梁 剛度模型的建立、所述的四軸加工系統(tǒng)的關(guān)節(jié)剛度模型的建立、所述的四軸加工系統(tǒng)的刀 具-主軸剛度模型的建立。
[0028] 實(shí)施例4: