專利名稱：一種復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的預(yù)測(cè)方法耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，且依賴有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員的現(xiàn)狀，公開了一種可實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地對(duì)現(xiàn)有或新增的加工工件資源進(jìn)行加工變形的預(yù)測(cè)方法，以便于降低生產(chǎn)成本、縮短產(chǎn)品的研制周期、利用和提高運(yùn)行效率。
背景技術(shù)：
隨著航空工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代飛機(jī)的性能要求不斷提高，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生了比較大的變化。從零件結(jié)構(gòu)上來(lái)看，為了減輕重量，整體結(jié)構(gòu)件在新機(jī)型中得到了盡可能多的應(yīng)用，如機(jī)翼、整體壁板、大梁、隔框等。整體式結(jié)構(gòu)件不是由零件簡(jiǎn)單組合而成，而是利用整體毛坯加工而成。由于整體結(jié)構(gòu)件具有外表光滑、重量輕，在剛度、抗疲勞強(qiáng)度以及各種失穩(wěn)臨界值等方面均比鉚接結(jié)構(gòu)勝出一籌的顯著優(yōu)點(diǎn)，在航空航天產(chǎn)品上作為主要承力結(jié)構(gòu)件，得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)閺?fù)雜結(jié)構(gòu)件普遍具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁、變厚度、曲面曲線結(jié)構(gòu)多、協(xié)調(diào)精度要求較高等特點(diǎn)，目前都采用數(shù)控銑削的方法來(lái)進(jìn)行加工。但是在加工過(guò)程當(dāng)中，由于切削力、切削熱、零件剛度差等多種原因，很容易發(fā)生變形。目前采用的方法是保守切削，工藝補(bǔ)償和手工校形，生產(chǎn)效率低而質(zhì)量難以保證。目前在型號(hào)產(chǎn)品的試制與批生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工變形控制基本上是以過(guò)去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，憑主觀推理應(yīng)用到新的零件加工過(guò)程中。各工廠大多以技術(shù)攻關(guān)方式解決了一些具體零件的加工變形控制問(wèn)題，基本上對(duì)其他零件的加工沒(méi)有較大的指導(dǎo)作用，也難以形成基本的工藝方法指導(dǎo)體系。所以，每當(dāng)進(jìn)行新零件的研制加工時(shí)，同樣類似的問(wèn)題需要同樣重復(fù)攻關(guān)工作，導(dǎo)致技術(shù)上的低水平重復(fù)，使得技術(shù)上缺少持續(xù)發(fā)展、不斷創(chuàng)新的能力。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有對(duì)復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形控制中對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)過(guò)分依賴的缺點(diǎn)，發(fā)明的一種通過(guò)對(duì)ANSYS和Delphi 二次開發(fā)，基于“砌墻”建模法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件主動(dòng)、快速、準(zhǔn)確的參數(shù)化建立有限元模型和銑削變形隨動(dòng)預(yù)測(cè)的方法。技術(shù)方案
一種復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟:
步驟1、進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的建模分析，對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬:從數(shù)據(jù)點(diǎn)文件中抽取數(shù)據(jù)，進(jìn)行CAD模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集工作；然后根據(jù)采集結(jié)果實(shí)現(xiàn)CAD加工子模型建立，將建立好的子模型存入有限元后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS_DB中；然后根據(jù)子模型庫(kù)的結(jié)果，完成CAD加工整體模型的建立，并將建立好的整體模型存入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS_DB中；同時(shí)設(shè)定工藝參數(shù)和分網(wǎng)、約束及加載原則，并且將這些數(shù)據(jù)存入變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEF0RM_DB中；根據(jù)設(shè)定好的工藝參數(shù)和分網(wǎng)、約束及加載原則的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的網(wǎng)絡(luò)劃分、約束施加和模型加載，生成APDL文件；最后將獲得的APDL文件導(dǎo)入有限元運(yùn)算軟件，進(jìn)行模擬運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果保存在變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEFORM_DB中；
步驟2、對(duì)步驟I中的加工變形結(jié)果進(jìn)行綜合分析和加工工藝參數(shù)的隨動(dòng)優(yōu)化推薦:用戶根據(jù)零件特征編號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，如果存在相應(yīng)數(shù)據(jù)，則提取出這些數(shù)據(jù)，否則進(jìn)入步驟I中進(jìn)行求解；然后將提取的數(shù)據(jù)根據(jù)條件進(jìn)行二維和三維曲線或曲面分析，并將分析結(jié)果存入變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEFORM_DB;最后輸入判據(jù)，進(jìn)行比較分析結(jié)果和判據(jù)，隨動(dòng)推薦出合理的加工工藝參數(shù)；
步驟3、在步驟I和步驟2的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部位、不同條件下預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯不O其中步驟I中所述的CAD加工整體模型采用砌墻法建立:首先通過(guò)兩個(gè)基本函數(shù)分別為曲線函數(shù)和直線函數(shù)建立一個(gè)基本的模型庫(kù)包括三角形、規(guī)則四邊形、不規(guī)則四邊形、圓形和多邊形，將上述基本模型看成是一個(gè)個(gè)特殊形狀的磚體，然后按照零件實(shí)際位置將它們一一組裝起來(lái)，構(gòu)成零件的整體結(jié)構(gòu)模型。本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明解決了復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形控制對(duì)工人經(jīng)驗(yàn)的依賴性，具有實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性和可靠性，通過(guò)它，對(duì)復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件的銑削變形進(jìn)行模擬分析，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工方案的制定提供決策支持，快速向用戶推薦合適的加工工藝參數(shù)。以便于降低生產(chǎn)成本、縮短產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期、利用和提高運(yùn)行效率。


圖1是本發(fā)明的復(fù)雜整體整體結(jié)構(gòu)件銑削變形隨動(dòng)預(yù)測(cè)技術(shù)框架。圖2是本發(fā)明的復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件加工變形分析流程圖。圖3是本發(fā)明的復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件加工變形決策支持流程圖。圖4是本發(fā)明的“砌墻法”建模示意圖。圖5是本發(fā)明預(yù)測(cè)一個(gè)具體零件的變形示意圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示的復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法，它主要包括以下步驟是:
第一步，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件的建模分析，如圖2所示，對(duì)加工進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，它包括以下步驟:
a、首先將從數(shù)據(jù)點(diǎn)文件中進(jìn)行CAD模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集工作；
b、根據(jù)a的采集結(jié)果或者數(shù)據(jù)點(diǎn)文件，實(shí)現(xiàn)CAD加工子模型的建立，建立好的子模型存入有限元后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS_DB中:
C、根據(jù)b的結(jié)果，完成CAD加工整體模型的建立，并將建立好的整體模型存入有限元后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS_DB中；
如圖4所示，在該步中采用了建模的新方法——砌墻法:首先建立一個(gè)基本的模型庫(kù)，該模型庫(kù)有三角形、規(guī)則四邊形、不規(guī)則四邊形、圓形和多邊形(上面的模型庫(kù)全部通過(guò)兩個(gè)基本函數(shù):曲線函數(shù)和直線函數(shù)完成)，將上述基本模型看成是一個(gè)個(gè)特殊形狀的“磚體”;然后按照零件實(shí)際位置將它們一一組裝起來(lái)，這樣就構(gòu)成了零件的整體結(jié)構(gòu)模型。d、設(shè)定工藝工藝參數(shù)和分網(wǎng)、約束及加載原則，并且將這些數(shù)據(jù)存入變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEF0RM_DB 中；
e、根據(jù)d中設(shè)定的準(zhǔn)則完成模型的網(wǎng)絡(luò)劃分、約束施加和加載，生成APDL文件；
f、將e獲得的結(jié)果文件或保存的APDL文件導(dǎo)入有限元運(yùn)算軟件，進(jìn)行模擬運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果保存在變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEF0RM_DB中。第二步，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工變形結(jié)果的綜合預(yù)測(cè)和工藝參數(shù)的隨動(dòng)優(yōu)化推薦，如圖3所示，它包括以下步驟:
1、用戶根據(jù)零件特征編號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，如果存在相應(yīng)數(shù)據(jù)，則提取出這些數(shù)據(jù)，否則進(jìn)入(I)進(jìn)行求解；
2、將提取的數(shù)據(jù)根據(jù)條件進(jìn)行二維和三維曲線或曲面分析，并將分析結(jié)果存入變形數(shù)據(jù)庫(kù) ANSYS_DB ；
3、輸入判據(jù)，將b中的分析結(jié)果和判據(jù)進(jìn)行比較分析，推薦出合理的加工工藝參數(shù)。第三步實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用模塊以及用戶權(quán)限的管理；
下面結(jié)合一個(gè)實(shí)例作進(jìn)一步的說(shuō)明:
本發(fā)明可通過(guò)三項(xiàng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),它們是:(I)加工變形分析技術(shù)(CAE)、(2)加工變形決策技術(shù)(DSS)、(3)預(yù)測(cè)結(jié)果展示技術(shù)。其中CAE技術(shù)包括模型庫(kù)建立和加工過(guò)程模擬兩部分。模型庫(kù)建立包括了參數(shù)化建立三邊框、曲邊三邊框、四邊框和曲邊四邊框等有限元模型的方法。加工過(guò)程模擬包括APDL宏文件自動(dòng)編輯、ANSYS分析系統(tǒng)調(diào)用等功能；加工變形決策技術(shù)包括自定義區(qū)域變形結(jié)果查詢和瀏覽、預(yù)測(cè)結(jié)果的綜合分析和工藝參數(shù)的優(yōu)化推薦等功能。預(yù)測(cè)結(jié)果展示技術(shù)可實(shí)現(xiàn)不同部位、不同條件預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯示等功能。加工變形分析技術(shù)模塊中，用戶在此完成工件尺寸、加工去除部分尺寸的定義，需要注意的是這些尺寸是通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)格大小乘上對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格數(shù)目得到的(相應(yīng)長(zhǎng)、寬、高數(shù)值會(huì)顯示在界面上)，這樣做是為了防止用戶輸入的數(shù)據(jù)不適合分析。定義時(shí)工件高度方向網(wǎng)格數(shù)目應(yīng)為偶數(shù)，因?yàn)槲覀冊(cè)谘芯繒r(shí)已經(jīng)假定殘余應(yīng)力高度方向是沿中間面對(duì)稱的。完成零件尺寸參數(shù)的定義后，繼續(xù)進(jìn)行加工參數(shù)的定義。完成加工參數(shù)的定義后，進(jìn)行裝夾約束的定義。完成上述步驟后，生成APDL程序，并進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)，若通過(guò)數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)，用戶可選擇將生成的APDL程序保存至文件，方便以后再進(jìn)行查看編輯或者分析計(jì)算，若本機(jī)上已經(jīng)安裝有ANSYS軟件，也可選擇啟動(dòng)ANSYS直接進(jìn)行分析計(jì)算，此時(shí)程序會(huì)先保存APDL語(yǔ)句然后自動(dòng)導(dǎo)入至ANSYS進(jìn)行加工模擬分析。如圖5所示，是利用本方法建立的復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件模型和預(yù)測(cè)得到的復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件變形情況。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1、進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的建模分析，對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬:從數(shù)據(jù)點(diǎn)文件中抽取數(shù)據(jù)，進(jìn)行CAD模型數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集工作；然后根據(jù)采集結(jié)果實(shí)現(xiàn)CAD加工子模型建立，將建立好的子模型存入有限元后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS_DB中；然后根據(jù)子模型庫(kù)的結(jié)果，完成CAD加工整體模型的建立，并將建立好的整體模型存入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)ANSYS_DB中；同時(shí)設(shè)定工藝參數(shù)和分網(wǎng)、約束及加載原則，并且將這些數(shù)據(jù)存入變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEFORM_DB中；根據(jù)設(shè)定好的工藝參數(shù)和分網(wǎng)、約束及加載原則的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的網(wǎng)絡(luò)劃分、約束施加和模型加載，生成APDL文件；最后將獲得的APDL文件導(dǎo)入有限元運(yùn)算軟件，進(jìn)行模擬運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果保存在變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEFORM_DB中； 步驟2、對(duì)步驟I中的加工變形結(jié)果進(jìn)行綜合分析和加工工藝參數(shù)的隨動(dòng)優(yōu)化推薦:用戶根據(jù)零件特征編號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，如果存在相應(yīng)數(shù)據(jù)，則提取出這些數(shù)據(jù)，否則進(jìn)入步驟I中進(jìn)行求解；然后將提取的數(shù)據(jù)根據(jù)條件進(jìn)行二維和三維曲線或曲面分析，并將分析結(jié)果存入變形數(shù)據(jù)庫(kù)DEFORM_DB;最后輸入判據(jù)，進(jìn)行比較分析結(jié)果和判據(jù)，隨動(dòng)推薦出合理的加工工藝參數(shù)； 步驟3、在步驟I和步驟2的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部位、不同條件下預(yù)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)顯不O
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法，其特征在于，其所述的CAD加工整體模型的建立采用砌墻法:首先通過(guò)兩個(gè)基本函數(shù)建立一個(gè)基本的模型庫(kù)，將上述基本模型看成是一個(gè)個(gè)特殊形狀的磚體，然后按照零件實(shí)際位置將它們一一組裝起來(lái)，構(gòu)成零件的整體結(jié)構(gòu)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述的兩個(gè)基本函數(shù)為曲線函數(shù)和直線函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述的基本模型庫(kù)包括三角形、規(guī)則四邊形、不規(guī)則四邊形、圓形和多邊形。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有對(duì)復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形控制中對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)過(guò)分依賴的缺點(diǎn)，公開了一種復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的隨動(dòng)預(yù)測(cè)方法，它通過(guò)加工變形分析技術(shù)(CAE)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)件的特征建模，然后借助有限元技術(shù)完成結(jié)構(gòu)分析和加工模擬，接下來(lái)將分析和模擬結(jié)果導(dǎo)入變形決策支持模塊(DMSS)，在該模塊中完成變形數(shù)據(jù)的分析，最后給出預(yù)測(cè)信息提供給技術(shù)人員。該方法解決了復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件加工變形預(yù)測(cè)對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的依賴性，具有實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性和可靠性，降低了生產(chǎn)成本、縮短了產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期、提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103177163SQ20131012044
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者郭魂, 唐松松, 徐吉, 唐國(guó)興, 陳志偉, 劉峰 申請(qǐng)人:常州工學(xué)院