(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 202210961676.1 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 李果　卢婉秋　丁水汀　刘晓静　 (74)专利代理 机构 北京天汇航智知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11987 专利代理师 高永 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿 真方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于多次走刀的车削残余 应力二维仿真方法， 属于切削加工技术领域， 解 决了现有技术中的仿真方法成本高、 耗时长、 效 果差和精确性低的问题。 本发明的方法基于多次 走刀的车削过程， 通过跟踪刀具的走刀次数和每 次的走刀的深度， 并根据刀具的走刀次数和每次 的走刀的深度创建符合真实加工特点的车削有 限元模型， 从而更加精确的预测工件已加工表面 残余应力。 本发明不需要对工件进行实体测量， 成本低廉、 预测效率高、 操作方便且结果 准确。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115392075 A 2022.11.25 CN 115392075 A 1.一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1、 根据工件车削加工过程， 选择目标参数； 步骤S2、 根据车削加工 工况创建切削坐标系； 步骤S3、 基于步骤S1的目标参数和步骤S2的切削坐标系确定单次走刀的走刀前和走刀 后的车刀和工件的相对位置关系， 分别建立对应的刀痕方程； 步骤S4、 建立第一次走刀的基准线， 并结合刀痕方程计算单次走刀切削深度； 步骤S5、 重复步骤S4， 直到背吃刀量与每次所述单次走刀切削深度累加和的差值不大 于表面粗糙度理论 值时， 记录车削加工过程中的走刀总次数和每次的单次走刀切削深度； 步骤S6、 选取工件的材料本构模型及断裂准则， 并根据步骤S5得到的走刀次数和每次 的单次走刀切削深度， 在有限元软件中设置车刀的走刀次数和每次走刀时车刀与工件的相 对位置关系， 完成车削有限元模型的创建； 步骤S7、 运行步骤S6的车削有限元模型， 在车削完成后进行退刀、 卸载和冷却， 模拟计 算得到工件已加工表面残余应力。 2.根据权利要求1所述的一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特征在 于， 步骤S1具体包括： 目标参数包括进给量f、 背吃刀量ap和刀尖圆弧半径 r。 3.根据权利要求2所述的一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特征在 于， 步骤S2具体包括： 以工件过渡表面与已加工表面的相切点作为坐标系原点O， 以车刀进 给运动方向为坐标系 X轴， 以指向车刀方向为坐标系Y轴， 以此构建反映车削加工工况下车 刀与工件相对位置关系的切削坐标系。 4.根据权利要求3所述的一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特征在 于， 步骤S 3具体包括： 在切削过程中， 每次走刀将导致车刀沿进 给方向产生进 给量f的位移， 则相应的刀痕圆心的X轴坐标也增 加进给量f， 设第i次走刀前和走刀后的刀痕方程分别为： 其中， i代表当前的走刀次数， xi‑1， yi‑1分别为第i次走刀前的刀痕各个点的横纵坐标， xi， yi分别为第i次走刀后的刀痕各个点的横纵坐标。 5.根据权利要求4所述的一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特征在 于， 步骤S4具体包括： 定义第一次走刀前的刀尖圆弧和未加工表面的交点和已加工表面之 间的垂线为基准线， 该基准线X轴的坐标为x0， 即： x＝x0； 通过联立求解第i 次走刀前的刀痕 方程与基准线方程构成的方程组(2)获得第i次走刀前刀痕与基准线的交点 坐标(x0,yi‑1)： 通过联立求解第 i次走刀后的刀痕方程与基准线方程构成的方程组(3)获得第i次走刀 后刀痕与基准线的交点 坐标(x0,yi)： 单次走刀切削深度di由式(4)获得： di＝yi‑1‑yi。                           (4)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115392075 A 26.根据权利要求5所述的一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特征在 于， 步骤S5具体包括： 设车削表面 粗糙度为判定准则， 车削表面 粗糙度RZ为： 每次完成步骤S4后， 进行一次判定， 若不满足式(6)的条件， 则重复步骤 S3和S4； 当满足式(6)的条件时， 记录走刀总次数k和每次走刀的切削深度di； 其中， k为走刀总次数。 7.根据权利要求6所述的一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特征在 于， 步骤S 6具体包括： 选取工件的材料本构模 型及断裂准则， 并根据步骤S 5得到的走刀总次 数k和每次走刀的切削深度di， 在有限元软件DEFORM中设置车刀的走刀次数和每次走刀时 车刀与工件的相对位置关系， 完成车削有限元模型的创建。 8.根据权利要求7所述的一种基于多次走刀的车削残余应力二维仿真方法， 其特征在 于， 步骤S7具体包括： 运行车削有限元模 型， 在切削完成后进 行退刀、 卸载， 并令工件冷却至 室温， 模拟计算得到车削稳定状态时的工件已加工表面残余应力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115392075 A 3