激光切割修邊線的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光切割修邊線的優(yōu)化方法，充分考慮修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進(jìn)行回彈計(jì)算，然后將回彈計(jì)算結(jié)果作為后一段修邊的輸入，來進(jìn)行后段修邊過程的數(shù)值模擬，遵循“修邊→卸載回彈→修邊”這一過程，基于有限元變路徑迭代來實(shí)現(xiàn)修邊線的計(jì)算，通過多次迭代，從而提高板料修邊模擬的精度，對其過程進(jìn)行分析優(yōu)化得出考慮實(shí)時回彈的更符合實(shí)際生產(chǎn)精度的修邊線。本發(fā)明是一種修邊精度高的激光切割修邊線的優(yōu)化方法。
【專利說明】
激光切割修邊線的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種修邊線的優(yōu)化方法，特別是涉及一種激光切割修邊線的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于修邊線的確定的研究上，王昶等采用UG二次開發(fā)工具自動確定車身覆蓋件拉深模具修邊線。Y I等提出了基于一步成形方法對修邊線的優(yōu)化方法。這些研究對于提高修邊線精度有著深遠(yuǎn)的影響，但均是將修邊看作是一個瞬時的過程，并未考慮實(shí)時回彈對修邊精度的影響。在樣車制造或是小批量制件生產(chǎn)試驗(yàn)過程中，一般采用激光切割替代修邊模具來對零件進(jìn)行修邊處理，由于激光切割過程中，應(yīng)力應(yīng)變的釋放和產(chǎn)品形狀特征的變化都將引起實(shí)時的回彈，導(dǎo)致激光切割過程中工件位置發(fā)生變化，致使激光切割至產(chǎn)品末端時制件與設(shè)計(jì)零件產(chǎn)生較大的誤差。
[0003]通常我們在模擬板料的激光修邊過程時，都忽略了切割過程中板料的回彈，即忽略了板料在被切割時的實(shí)時應(yīng)力應(yīng)變，而板料的回彈計(jì)算精度與其變形歷史密切相關(guān)。那么忽略實(shí)時的回彈勢必影響最終的產(chǎn)品修邊精度，對于修邊工序而言，當(dāng)對每一段修邊線進(jìn)行切割時，勢必會因?yàn)樾螤罱Y(jié)構(gòu)變化和應(yīng)力應(yīng)變釋放，影響后續(xù)修邊時的回彈值，從而影響修邊線的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種修邊精度高的激光切割修邊線的優(yōu)化方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的激光切割修邊線的優(yōu)化方法，充分考慮修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進(jìn)行回彈計(jì)算，然后將回彈計(jì)算結(jié)果作為后一段修邊的輸入，來進(jìn)行后段修邊過程的數(shù)值模擬，遵循“修邊—卸載回彈—修邊”這一過程，基于有限元變路徑迭代來實(shí)現(xiàn)修邊線的計(jì)算，通過多次迭代，從而提高板料修邊模擬的精度，對其過程進(jìn)行分析優(yōu)化得出考慮實(shí)時回彈的更符合實(shí)際生產(chǎn)精度的修邊線。
[0006]具體過程可分為五步:
[0007](I)、將工件整個修邊過程分段處理；
[0008](2)、從第一段修邊開始，計(jì)算修邊后回彈；
[0009](3)、在此回彈基礎(chǔ)上，開始下一段修邊，以此類推將零件整個激光切割過程分段完成;
[0010](4)、運(yùn)用有限元仿真技術(shù)分別對每一段修邊線進(jìn)行迭代精確計(jì)算，得到多段不連續(xù)的曲線；
[0011](5)、對各段曲線進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最終激光切割線。
[0012]上述步驟(5)所述的優(yōu)化處理是指:采用修邊線降噪、分段分析、非必要控制節(jié)點(diǎn)過濾優(yōu)化控制節(jié)點(diǎn)的方法，對連接點(diǎn)處轉(zhuǎn)折曲線段上的噪點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化處理，減少噪點(diǎn)后進(jìn)行橋接光順，最終得到較光順的修邊線。
[0013]采用上述技術(shù)方案的光切割修邊線的優(yōu)化方法，充分考慮了修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進(jìn)行回彈計(jì)算，然后將回彈計(jì)算結(jié)果作為后一段修邊的輸入，來進(jìn)行后段修邊過程的數(shù)值模擬，該模擬過程與實(shí)際沖壓過程是一致的，遵循“修邊—卸載回彈—修邊”這一過程，從而提高了板料修邊模擬的精度，對其過程進(jìn)行分析優(yōu)化得出考慮實(shí)時回彈的更符合實(shí)際生產(chǎn)精度的修邊線。
[0014]考慮到在回彈過程中，最終形成的輪廓線是由回彈前的輪廓線，即修邊線經(jīng)過變形后所形成的，因此問題可以轉(zhuǎn)化為求解這樣一條修邊線，使得回彈后形成的輪廓線經(jīng)過整形處理后與產(chǎn)品輪廓線一致。本文從提出了一種基于有限元變路徑迭代來實(shí)現(xiàn)修邊線的計(jì)算，通過多次迭代，該方法可以實(shí)現(xiàn)修邊線的考慮回彈精確計(jì)算。
[0015]發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0016]針對激光修邊過程中的實(shí)時回彈現(xiàn)象，分段對修邊輪廓進(jìn)行計(jì)算分析，相對于已有的修邊線計(jì)算方法方法具有一定的優(yōu)越性。激光切邊過程中，制件的回彈過程并不是瞬時的，現(xiàn)有的計(jì)算方案都沒有充分考慮整個切割過程中材料實(shí)時的流動特征以及激光修邊過程的真實(shí)回彈情況，隨著切邊的進(jìn)行，模擬計(jì)算出來的產(chǎn)品邊界常常與實(shí)際設(shè)計(jì)邊界產(chǎn)生一定的偏差。而傳統(tǒng)的人工試錯法又耗費(fèi)大量的時間和精力。本文所提出新型修邊計(jì)算理論與方法從一定程度上解決了模具設(shè)計(jì)中的一大重要技術(shù)難題。在提高修邊精度的問題上具有一定的參考價(jià)值和指導(dǎo)作用。
[0017]綜上所述，本發(fā)明是一種修邊精度高的激光切割修邊線的優(yōu)化方法。
【附圖說明】
[0018]圖1是產(chǎn)品造型圖。
[0019]圖2是分塊方案示意圖。
[0020]圖3是修邊方案圖。
[0021]圖4是第一步回彈結(jié)果示意圖。
[0022 ]圖5是優(yōu)化得出的四條曲線圖。
[0023]圖6是四種方案修邊的誤差對比圖。
[0024]圖7是考慮實(shí)時回彈的兩種不同的修邊順序的誤差結(jié)果對比圖。
[0025]圖8是優(yōu)化前后誤差結(jié)果對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0027]實(shí)施例:
[0028]汽車頂蓋一號橫梁由于拉延時兩端工藝補(bǔ)充部分較大，而且此處修邊形狀并不整齊，以及本次研究的制件為不等料厚零件，這樣造成修邊時因?yàn)橄群髥栴}，兩端頭部分和中部回彈量因?yàn)槠溆嗖课粦?yīng)力應(yīng)變的釋放而出現(xiàn)與目前一步修邊的模擬仿真回彈結(jié)果出現(xiàn)分歧，實(shí)際生產(chǎn)中這種回彈將會影響修邊線的準(zhǔn)確性。某汽車頂蓋一號橫梁的零件形狀如圖1所示，零件左右對稱，利用CAE軟件對頂蓋一號橫梁修邊后工件進(jìn)行回彈分析。零件的最大回彈量為1.52_。
[0029]將零件分為四個區(qū)域，分段進(jìn)行修邊線計(jì)算，如圖2所示。
[0030]當(dāng)對零件進(jìn)行修邊后回彈計(jì)算時，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)單獨(dú)切開區(qū)域一時，如圖3所示，零件的最大回彈量為2.47mm，回彈后，此時的偏差較之前發(fā)生了較大變化，這種情況下，修邊線的確立應(yīng)發(fā)生相應(yīng)的更改才能更加符合實(shí)際情況從而得到更精確的修邊線。
[0031]運(yùn)用有限元變路徑迭代法對分布修邊各段的修邊線進(jìn)行分別的優(yōu)化計(jì)算。
[0032]應(yīng)用變形路徑迭代方法并充分考慮零件的回彈過程，將修邊線分段進(jìn)行回彈后補(bǔ)償模擬分析，運(yùn)用有限元迭代法分別分析每段修邊線的補(bǔ)償量，并考慮其對之后回彈及修邊線的影響。經(jīng)過迭代運(yùn)算，可以得到區(qū)域二的優(yōu)化修邊線。將前兩段優(yōu)化曲線設(shè)置為出時修邊曲線，運(yùn)用有限元迭代法分別分析第三段修邊線的補(bǔ)償量，并考慮其對之后回彈及修邊線的影響。便可繼續(xù)計(jì)算區(qū)域三的優(yōu)化修邊線。以此類推。可得到圖5所示分段的四條曲線段。
[0033]對其進(jìn)行擬合，并使之光順，將此方案得到的最終產(chǎn)品經(jīng)過整形處理得到的邊界線與原產(chǎn)品邊界線進(jìn)行對比，計(jì)算其誤差。并對方案二做類似運(yùn)算，同時考慮現(xiàn)有一般工程方案中不考慮實(shí)時回彈的修邊誤差，同時選取多個關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行誤差分析。
[0034]制定四種比較方案:如圖3所示:
[0035]方案一:考慮實(shí)時回彈時沿該制件順時針方向開始修邊；
[0036]方案二:考慮實(shí)時回彈時沿該制件逆時針方向開時修邊；
[0037]方案三:不考慮實(shí)時回彈時沿該制件順時針方向開時修邊；
[0038]方案四:不考慮實(shí)時回彈時沿該制件順時針方向開時修邊；
[0039]將各個數(shù)據(jù)點(diǎn)位置與設(shè)計(jì)產(chǎn)品邊界進(jìn)行對比可以得出誤差大小，四種方案的誤差圖如圖6所示，四種方案的誤差對比圖，同時，對比考慮了實(shí)時回彈的兩種不同的修邊方向的修邊方案，可以得到如圖7所示考慮實(shí)時回彈的兩種不同的修邊順序的誤差結(jié)果對比圖。
[0040]四種方案相比，在某些部位存在明顯的差異，對得到最終的成形零件與設(shè)計(jì)零件誤差分析可知，考慮實(shí)時回彈后更符合實(shí)際生產(chǎn)制造情況，能夠減少誤差，提高產(chǎn)品精度。經(jīng)過分析可知方案一和方案二在考慮了實(shí)時回彈的情況下，誤差最大值為0.16mm，較不考慮實(shí)時回彈的情況下精確度有了較大的提升，從而驗(yàn)證了分步的有限元變路徑迭代法在優(yōu)化修邊線方面的實(shí)用性。
[0041]此外，通過對比方案一與方案二的結(jié)果，可知不同修邊順序下，考慮實(shí)時修邊回彈也會得到不同的結(jié)果，這是因?yàn)楫a(chǎn)品的形態(tài)特點(diǎn)所致，由于該試驗(yàn)制件形態(tài)主體呈長條狀，且中間低，兩端高，導(dǎo)致修邊回彈時兩端的回彈量較中部偏小，方案一采用逆時針方向即先對產(chǎn)品兩端進(jìn)行修邊計(jì)算，充分考慮中部的修邊回彈對之后修編的影響，進(jìn)而能得到更精確的結(jié)果。將此次優(yōu)化后所得的修邊線作為最終的實(shí)際生產(chǎn)時零件修邊時的修邊線，所得最終結(jié)果如圖8所示，經(jīng)現(xiàn)場掃描產(chǎn)品邊界，并將得到的掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)邊界進(jìn)行對比，相較于未優(yōu)化的修邊線，工件邊界有著良好的精度。誤差比較如圖8所示。
[0042]對于分塊處理后得到的非閉合的多段修邊線，分塊鏈接部分之間的修邊線必然會存在間斷或是轉(zhuǎn)折。另外，修邊模型中連接部分也常存在轉(zhuǎn)折，為了解決這種實(shí)際應(yīng)用難題，提出修邊線降噪、分段分析、非必要控制節(jié)點(diǎn)過濾等優(yōu)化控制節(jié)點(diǎn)的方法，對連接點(diǎn)處轉(zhuǎn)折曲線段上的噪點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化處理，減少噪點(diǎn)后進(jìn)行橋接光順，最終得到較光順的修邊線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光切割修邊線的優(yōu)化方法，其特征是:充分考慮修邊過程板料的卸載回彈過程，模擬時在修邊過程中進(jìn)行回彈計(jì)算，然后將回彈計(jì)算結(jié)果作為后一段修邊的輸入，來進(jìn)行后段修邊過程的數(shù)值模擬，遵循“修邊4卸載回彈—修邊”這一過程，基于有限元變路徑迭代來實(shí)現(xiàn)修邊線的計(jì)算，通過多次迭代，從而提高板料修邊模擬的精度，對其過程進(jìn)行分析優(yōu)化得出考慮實(shí)時回彈的更符合實(shí)際生產(chǎn)精度的修邊線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割修邊線的優(yōu)化方法，其特征是:具體過程可分為五步: (1)、將工件整個修邊過程分段處理； (2)、從第一段修邊開始，計(jì)算修邊后回彈； (3)、在此回彈基礎(chǔ)上，開始下一段修邊，以此類推將零件整個激光切割過程分段完成； (4)、運(yùn)用有限元仿真技術(shù)分別對每一段修邊線進(jìn)行迭代精確計(jì)算，得到多段不連續(xù)的曲線； (5)、對各段曲線進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最終激光切割線。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光切割修邊線的優(yōu)化方法，其特征是:上述步驟(5)所述的優(yōu)化處理是指:采用修邊線降噪、分段分析、非必要控制節(jié)點(diǎn)過濾優(yōu)化控制節(jié)點(diǎn)的方法，對連接點(diǎn)處轉(zhuǎn)折曲線段上的噪點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化處理，減少噪點(diǎn)后進(jìn)行橋接光順，最終得到較光順的修邊線。
【文檔編號】B23K26/38GK106001933SQ201610307061
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】謝暉, 孟騰逸
【申請人】湖南大捷智能裝備有限公司