專利名稱：一種復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法
技術領域：
本發明針對現有復雜整體結構件銑削變形的預測方法耗費大量時間和精力，且依賴有經驗的技術人員的現狀，公開了一種可實時、動態地對現有或新增的加工工件資源進行加工變形的預測方法，以便于降低生產成本、縮短產品的研制周期、利用和提高運行效率。
背景技術：
隨著航空工業的發展，現代飛機的性能要求不斷提高，飛機的結構設計發生了比較大的變化。從零件結構上來看，為了減輕重量，整體結構件在新機型中得到了盡可能多的應用，如機翼、整體壁板、大梁、隔框等。整體式結構件不是由零件簡單組合而成，而是利用整體毛坯加工而成。由于整體結構件具有外表光滑、重量輕，在剛度、抗疲勞強度以及各種失穩臨界值等方面均比鉚接結構勝出一籌的顯著優點，在航空航天產品上作為主要承力結構件，得到了廣泛的應用。因為復雜結構件普遍具有結構復雜、薄壁、變厚度、曲面曲線結構多、協調精度要求較高等特點，目前都采用數控銑削的方法來進行加工。但是在加工過程當中，由于切削力、切削熱、零件剛度差等多種原因，很容易發生變形。目前采用的方法是保守切削，工藝補償和手工校形，生產效率低而質量難以保證。目前在型號產品的試制與批生產現場，復雜結構件加工變形控制基本上是以過去的實踐經驗為基礎，憑主觀推理應用到新的零件加工過程中。各工廠大多以技術攻關方式解決了一些具體零件的加工變形控制問題，基本上對其他零件的加工沒有較大的指導作用，也難以形成基本的工藝方法指導體系。所以，每當進行新零件的研制加工時，同樣類似的問題需要同樣重復攻關工作，導致技術上的低水平重復，使得技術上缺少持續發展、不斷創新的能力。
發明內容
發明要解決的技術問題
本發明的目的是針對現有對復雜整體結構件銑削變形控制中對人工經驗過分依賴的缺點，發明的一種通過對ANSYS和Delphi 二次開發，基于“砌墻”建模法實現對復雜整體結構件主動、快速、準確的參數化建立有限元模型和銑削變形隨動預測的方法。技術方案
一種復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法，包括如下步驟:
步驟1、進行復雜結構件的建模分析，對加工過程進行計算機模擬:從數據點文件中抽取數據，進行CAD模型數據點的采集工作；然后根據采集結果實現CAD加工子模型建立，將建立好的子模型存入有限元后臺數據庫ANSYS_DB中；然后根據子模型庫的結果，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數據庫ANSYS_DB中；同時設定工藝參數和分網、約束及加載原則，并且將這些數據存入變形數據庫DEF0RM_DB中；根據設定好的工藝參數和分網、約束及加載原則的數據進行模型的網絡劃分、約束施加和模型加載，生成APDL文件；最后將獲得的APDL文件導入有限元運算軟件，進行模擬運算，并將運算結果保存在變形數據庫DEFORM_DB中；
步驟2、對步驟I中的加工變形結果進行綜合分析和加工工藝參數的隨動優化推薦:用戶根據零件特征編號對數據庫中的現有數據進行查詢，如果存在相應數據，則提取出這些數據，否則進入步驟I中進行求解；然后將提取的數據根據條件進行二維和三維曲線或曲面分析，并將分析結果存入變形數據庫DEFORM_DB;最后輸入判據，進行比較分析結果和判據，隨動推薦出合理的加工工藝參數；
步驟3、在步驟I和步驟2的情況下實現對不同部位、不同條件下預測結果的實時、動態顯不O其中步驟I中所述的CAD加工整體模型采用砌墻法建立:首先通過兩個基本函數分別為曲線函數和直線函數建立一個基本的模型庫包括三角形、規則四邊形、不規則四邊形、圓形和多邊形，將上述基本模型看成是一個個特殊形狀的磚體，然后按照零件實際位置將它們一一組裝起來，構成零件的整體結構模型。本發明的有益效果:
本發明解決了復雜整體結構件銑削變形控制對工人經驗的依賴性，具有實時性、動態性和可靠性，通過它，對復雜整體結構件的銑削變形進行模擬分析，為復雜結構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。以便于降低生產成本、縮短產品的試制和生產周期、利用和提高運行效率。
圖1是本發明的復雜整體整體結構件銑削變形隨動預測技術框架。圖2是本發明的復雜整體結構件加工變形分析流程圖。圖3是本發明的復雜整體結構件加工變形決策支持流程圖。圖4是本發明的“砌墻法”建模示意圖。圖5是本發明預測一個具體零件的變形示意圖。
具體實施例方式以下通過實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示的復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法，它主要包括以下步驟是:
第一步，實現復雜整體結構件的建模分析，如圖2所示，對加工進行計算機模擬，它包括以下步驟:
a、首先將從數據點文件中進行CAD模型數據點的采集工作；
b、根據a的采集結果或者數據點文件，實現CAD加工子模型的建立，建立好的子模型存入有限元后臺數據庫ANSYS_DB中:
C、根據b的結果，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數據庫ANSYS_DB中；
如圖4所示，在該步中采用了建模的新方法——砌墻法:首先建立一個基本的模型庫，該模型庫有三角形、規則四邊形、不規則四邊形、圓形和多邊形(上面的模型庫全部通過兩個基本函數:曲線函數和直線函數完成)，將上述基本模型看成是一個個特殊形狀的“磚體”;然后按照零件實際位置將它們一一組裝起來，這樣就構成了零件的整體結構模型。d、設定工藝工藝參數和分網、約束及加載原則，并且將這些數據存入變形數據庫DEF0RM_DB 中；
e、根據d中設定的準則完成模型的網絡劃分、約束施加和加載，生成APDL文件；
f、將e獲得的結果文件或保存的APDL文件導入有限元運算軟件，進行模擬運算，并將運算結果保存在變形數據庫DEF0RM_DB中。第二步，實現對加工變形結果的綜合預測和工藝參數的隨動優化推薦，如圖3所示，它包括以下步驟:
1、用戶根據零件特征編號對數據庫中的現有數據進行查詢，如果存在相應數據，則提取出這些數據，否則進入(I)進行求解；
2、將提取的數據根據條件進行二維和三維曲線或曲面分析，并將分析結果存入變形數據庫 ANSYS_DB ；
3、輸入判據，將b中的分析結果和判據進行比較分析，推薦出合理的加工工藝參數。第三步實現對系統的應用模塊以及用戶權限的管理；
下面結合一個實例作進一步的說明:
本發明可通過三項技術來實現,它們是:(I)加工變形分析技術(CAE)、(2)加工變形決策技術(DSS)、(3)預測結果展示技術。其中CAE技術包括模型庫建立和加工過程模擬兩部分。模型庫建立包括了參數化建立三邊框、曲邊三邊框、四邊框和曲邊四邊框等有限元模型的方法。加工過程模擬包括APDL宏文件自動編輯、ANSYS分析系統調用等功能；加工變形決策技術包括自定義區域變形結果查詢和瀏覽、預測結果的綜合分析和工藝參數的優化推薦等功能。預測結果展示技術可實現不同部位、不同條件預測結果的實時、動態顯示等功能。加工變形分析技術模塊中，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相應的網格大小乘上對應的網格數目得到的(相應長、寬、高數值會顯示在界面上)，這樣做是為了防止用戶輸入的數據不適合分析。定義時工件高度方向網格數目應為偶數，因為我們在研究時已經假定殘余應力高度方向是沿中間面對稱的。完成零件尺寸參數的定義后，繼續進行加工參數的定義。完成加工參數的定義后，進行裝夾約束的定義。完成上述步驟后，生成APDL程序，并進行數據有效性檢驗，若通過數據有效性檢驗，用戶可選擇將生成的APDL程序保存至文件，方便以后再進行查看編輯或者分析計算，若本機上已經安裝有ANSYS軟件，也可選擇啟動ANSYS直接進行分析計算，此時程序會先保存APDL語句然后自動導入至ANSYS進行加工模擬分析。如圖5所示，是利用本方法建立的復雜整體結構件模型和預測得到的復雜整體結構件變形情況。
權利要求
1.一種復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1、進行復雜結構件的建模分析，對加工過程進行計算機模擬:從數據點文件中抽取數據，進行CAD模型數據點的采集工作；然后根據采集結果實現CAD加工子模型建立，將建立好的子模型存入有限元后臺數據庫ANSYS_DB中；然后根據子模型庫的結果，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數據庫ANSYS_DB中；同時設定工藝參數和分網、約束及加載原則，并且將這些數據存入變形數據庫DEFORM_DB中；根據設定好的工藝參數和分網、約束及加載原則的數據進行模型的網絡劃分、約束施加和模型加載，生成APDL文件；最后將獲得的APDL文件導入有限元運算軟件，進行模擬運算，并將運算結果保存在變形數據庫DEFORM_DB中； 步驟2、對步驟I中的加工變形結果進行綜合分析和加工工藝參數的隨動優化推薦:用戶根據零件特征編號對數據庫中的現有數據進行查詢，如果存在相應數據，則提取出這些數據，否則進入步驟I中進行求解；然后將提取的數據根據條件進行二維和三維曲線或曲面分析，并將分析結果存入變形數據庫DEFORM_DB;最后輸入判據，進行比較分析結果和判據，隨動推薦出合理的加工工藝參數； 步驟3、在步驟I和步驟2的情況下實現對不同部位、不同條件下預測結果的實時、動態顯不O
2.根據權利要求1中所述的一種復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法，其特征在于，其所述的CAD加工整體模型的建立采用砌墻法:首先通過兩個基本函數建立一個基本的模型庫，將上述基本模型看成是一個個特殊形狀的磚體，然后按照零件實際位置將它們一一組裝起來，構成零件的整體結構模型。
3.根據權利要求2中所述的一種復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法，其特征在于所述的兩個基本函數為曲線函數和直線函數。
4.根據權利要求2或3所述的一種復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法，其特征在于所述的基本模型庫包括三角形、規則四邊形、不規則四邊形、圓形和多邊形。
全文摘要
本發明針對現有對復雜整體結構件銑削變形控制中對人工經驗過分依賴的缺點，公開了一種復雜整體結構件銑削變形的隨動預測方法，它通過加工變形分析技術(CAE)進行整體結構件的特征建模，然后借助有限元技術完成結構分析和加工模擬，接下來將分析和模擬結果導入變形決策支持模塊(DMSS)，在該模塊中完成變形數據的分析，最后給出預測信息提供給技術人員。該方法解決了復雜整體結構件加工變形預測對人工經驗的依賴性，具有實時性、動態性和可靠性，降低了生產成本、縮短了產品的試制和生產周期、提高了生產效率。
文檔編號G06F17/50GK103177163SQ20131012044
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者郭魂, 唐松松, 徐吉, 唐國興, 陳志偉, 劉峰 申請人:常州工學院