(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211053887.1 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 国营四达 机械制造公司 地址 712200 陕西省咸阳市武功县小村镇 (72)发明人 温泉　狄小刚　杨恺迪　刘浩　 慕娟娟　肖倩　 (74)专利代理 机构 西安匠星互智知识产权代理 有限公司 612 91 专利代理师 王凯敏 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于数值模拟的悬臂零件最优加工参 数获取方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于数值模拟的悬臂零 件最优加工参数获取方法， 通过Advantedge  FEM 软件求解不同加工参数下的切削力、 切削温度， 并将切削力 作为边界条件输入ANSYS  Workbench 软件/ABAQUS软件等有限元软件， 通过静强度分 析、 模态分析和谐响应分析， 模拟不同加工参数 下悬臂零件的加工变形量、 固有频率和振动幅 值。 通过两款数值模拟软件的结合使用， 实现了 加工过程中切削力、 切削温度、 切削变形和零件 振动频率的准确预测， 基于预测结果可以确定在 加工大悬臂零件时的最优切削参数与装夹方式， 对实际生产具有指导作用， 可有效提高加工质量 和效率， 减少生产成本 。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115470583 A 2022.12.13 CN 115470583 A 1.一种基于数值模拟的悬臂零件最优加工参数获取 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一， 使用Advantedge  FEM软件对悬臂零件三维模型进行数值模拟迭代， 获取悬臂 零件的最优温度场和最优切削力， 并基于所述最优温度场和最优切削力确定最优切削速 度、 最优进给量和最优切削深度； 步骤二， 以步骤一得到的最优切削力作为边界条件， 使用有限元软件对所述悬臂零件 三维模型进行静强度分析， 获取不同装夹方式下零件的加工变形量； 步骤三， 使用有限元软件对所述悬臂零件三维模型进行模态分析， 获取零件的前六阶 固有频率和前 六阶模态振型， 以此确定不同装夹方式下的比刚度薄弱区域； 步骤四， 最优切削速度验证： 以步骤三得到的前六阶固有频率和前六阶模态振型作为边界条件， 使用有限元软件对 所述悬臂零件三维模型进行谐响应分析， 获取零件的变形响应频率， 以此变形响应频率求 解相应的主轴转速n， 基于该主轴转速n对步骤一得到的最优切削速度进行验证， 验证结果 显示所述 最优切削速度不会引起 零件产生共 振变形； 步骤五， 确定最优加工参数： 将步骤一得到的悬臂零件的最优切削速度、 最优进给量和最优切削深度作为最优切削 参数输出； 根据步骤二得到的不同装夹方式下零件的加工变形量， 选择加工变形量最小的装夹方 式， 以此装夹方式为基础， 依据加工变形量要求确定是否在步骤三确定的不同装夹方式下 的比刚度薄弱区域增 加支撑， 从而确定最优 装夹方式； 以所述最优切削参数和最优 装夹方式作为 最优加工参数输出。 2.根据权利要求1所述的基于数值模拟 的悬臂零件最优加工参数获取方法， 其特征在 于： 所述步骤一具体为： 步骤1.1边界条件设置： 将建立好的悬臂零件三维模型以 “.stp”的格式导入Advantedge  FEM软件中， 基于 Advantedge FEM软件中的Johnson ‑Cook本构模型设置边界条件， 包括零件材料属性、 零件 尺寸、 切削层厚度、 刀具基本尺寸、 刀具材料属性及涂层厚度、 主要切削参数、 刀具 ‑零件摩 擦系数和冷却液流 量； 所述主 要切削参数包括切削速度、 进给量和 切削深度； 步骤1.2对刀具、 零件进行网格划分； 步骤1.3提交仿真任务， 获取当前切削参数 下的温度场云图和 切削力变化曲线； 步骤1.4改变边界条件中的切削速度、 进给量和切削深度这三个参数中的一个或多个， 重复步骤1.1 ‑1.3进行数值模拟， 直至求解得到悬臂 零件的最优温度场和最优切削力， 将获 取的最高切削温度值最小、 最大切削力值最小的一组切削速度、 进给量和切削深度作为当 前工序的最优切削速度、 最优进给量和最优切削深度。 3.根据权利要求2所述的基于数值模拟 的悬臂零件最优加工参数获取方法， 其特征在 于： 所述步骤1.2中对参与切削过程的部位进 行局部网格细化， 其余部位采用默认全局网格 尺寸。 4.根据权利要求1或2或3所述的基于数值模拟的悬臂零件最优加工参数获取方法， 其 特征在于： 步骤二、 三、 四中所述的有限元 软件为ABAQUS软件。 5.根据权利要求1或2或3所述的基于数值模拟的悬臂零件最优加工参数获取方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470583 A 2特征在于： 步骤二、 三、 四中所述的有限元 软件为ANSYS  Workbench软件。 6.根据权利要求4所述的基于数值模拟 的悬臂零件最优加工参数获取方法， 其特征在 于： 所述步骤二具体为： 步骤2.1将悬臂零件三维模型以 “.stp”的格式导入ANSYS  Workbench软件中； 步骤2.2调用ANSYS  Workbench软件中的Static  Structural模块， 在Static   Structural模块中对悬臂零件三维模型施加不同位置的约束条件以模拟对工件不同的装 夹方式， 并将步骤1.4求解的最优切削力输入到边界条件中， 分别得到不同装夹方式下零件 切削表面变形云图， 基于所述零件切削表面变形云图确定不同装夹方式下零件的加工变形 量。 7.根据权利要求6所述的基于数值模拟 的悬臂零件最优加工参数获取方法， 其特征在 于： 所述步骤三具体为： 调用ANSYS  Workbench软件 中的Modal模块， 在Modal模块中对零件 进行模态分析， 确定不同装夹方式下零件的固有频率及前六阶模态振型， 根据该固有频率 及前六阶静态模型确定在不同装夹方式下的比刚度薄弱区域。 8.根据权利要求7所述的基于数值模拟 的悬臂零件最优加工参数获取方法， 其特征在 于： 所述步骤四具体为： 调用ANSYS  Workbench软件中的Harmonic  Response模块， 在Harmonic  Response模块 中对零件进行谐响应分析， 将步骤三经模态分析得到的前六阶固有频率和前六阶模态振型 及施加在零件上 的最优切削力作为边界条件， 得到振动幅值 曲线， 基于所述振动幅值 曲线 通过谐响应分析 得到零件的变形响应频率； 基于所述变形响应频率求解机床主轴转速n， 将所述机床主轴转速n与所述步骤一得到 的最优切削速度进 行对比验证， 所述最优切削速度不等于所述机床主轴转速n， 也不在所述 机床主轴转速附近， 不会引起 零件加工共 振。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470583 A 3