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申请/专利权人：天津大学;天津航天长征火箭制造有限公司

摘要：本发明公开了一种基于有限元分析的大型曲面薄壁件镜像铣削变形预测方法，属于机械加工制造领域，该方法包括以下步骤：获取大型曲面薄壁构件镜像铣削加工的刀位文件，建立刀具坐标系与工件坐标系间的转换矩阵；在有限元软件中基于python脚本语言编写程序，为大型曲面薄壁件动态施加方向不断变化的切削力载荷，模拟镜像铣削加工过程中辅助支撑跟随刀具实时移动的实际支撑状态和实际装夹状态；最后将建立的有限元模型提交求解得到大型曲面薄壁构件的残余应力场和加工变形预测模型。该方法可以提高大型薄壁曲面件镜像铣削加工变形的预测精度、降低仿真计算时间和经济成本，对研究大型曲面薄壁件的加工变形控制策略具有重要指导作用。

主权项：1.基于有限元分析的大型曲面薄壁件镜像铣削变形预测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、创建大型曲面薄壁构件的三维模型并导入UG软件，在UG软件中采用可变轮廓铣方法生成大型曲面薄壁构件镜像铣削加工的刀位文件；步骤二、根据刀位文件中刀具的位置信息，建立工件坐标系{W}和刀具坐标系{D}之间的转换矩阵T；步骤三、在ABAQUS有限元软件中创建大型曲面薄壁构件的有限元仿真模型，赋予大型曲面薄壁构件材料属性并进行网格划分，在划分网格时对铣削区域部分进行网格细化，以保证仿真结果的精度；步骤四、根据刀位文件中的刀具轨迹信息，选择刀具路径上需要切除材料的网格单元和节点，基于Python脚本语言编写程序，批量创建需要切除材料部位的节点集合和网格单元集合；步骤五、在ABAQUS有限元软件中创建静力隐式分析步，并通过设置该静力隐式分析步的场变量输出和历程变量输出以在后处理模块查看曲面薄壁构件的残余应力场和加工变形云图；步骤六、为大型曲面薄壁构件设置有限元仿真边界条件，具体过程为：基于Python脚本语言编写程序创建圆形的节点集合代替沿镜像铣削辅助支撑轴线均匀分布的六个球形支撑头，在创建的静力隐式分析步中为创建的圆形节点集合中的所有节点施加完全约束，以此来模拟大型曲面薄壁构件实际加工过程中的辅助支撑状态；步骤七、为大型曲面薄壁构件动态施加铣削力载荷，具体过程如下：第一步，在静力隐式分析步中，把刀具做隐藏处理，直接将铣削力载荷通过需要切除材料的节点施加到工件上；施加到需要切除材料的节点上的铣削力FW通过以下方法获得：步骤101，将通过实验测得在刀具坐标系{D}下XD、YD、ZD三个方向的铣削力曲线在时域上进行离散；步骤102，刀具坐标系下的铣削力转换到工件坐标系下属于逆向运动学变换，将得到的刀具坐标系{D}下与每一个离散点相对应的铣削力FD通过坐标转换矩阵T-1变换到工件坐标系{W}下得到铣削力FW；步骤103，将铣削力FW依照时间先后顺序依次加载到需要切除材料部位的相应网格单元的节点上；第二步，在该静力隐式分析步结束后，卸载施加在相应节点上的铣削力FW，并利用生死单元技术删除与节点相对应的网格单元以模拟实际铣削过程中的材料去除；步骤八、判断刀具轨迹中所创建的所有节点集合是否循环加载结束，如果是，则进入步骤九，否则，跳转到步骤五；步骤九、设置工件装夹固定约束：根据大型曲面薄壁构件实际镜像铣削加工过程中的装夹状态，在大型曲面薄壁构件四周选取与装夹位置相对应的约束节点并建立约束节点集合，在初始分析步中对建立的约束节点集合施加完全固定约束；步骤十、计算求解：将步骤三-步骤九建立的有限元模型提交到隐式求解器中进行分析求解；步骤十一、在结果分析模块中查看有限元模型的模拟计算结果得到大型曲面薄壁构件的的残余应力场和加工变形云图。

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