摘要
薄壁零件结构紧凑、整体质量轻，在航空航天、汽车、船舶制造等领域得到广泛应用。由于薄壁件加工去除率高，使加工后零件的刚度降低，导致加工精度降低及加工质量难以保证。随着物联网、人工智能和数字孪生等新一代技术与制造业的交融与落地应用。构建一个快速仿真、精准高效预测与控制薄壁件加工变形的孪生平台，以提高薄壁件的加工精度。具体研究内容如下： （1）构建孪生系统的整体方案，通过对整体方案研究并分析了虚拟仿真、通讯、薄壁件加工变形预测与控制和服务与应用的五大功能。利用UG画出机床模型，通过3Ds Max对模型进行渲染，再导入到Unity3D中，建立虚拟机床加工场景。对此系统进行模块化设计和开发，搭建薄壁件加工过程孪生系统。 （2）利用有限元仿真技术，在ABAQUS仿真软件中建立钛合金铣削加工有限元模型。对材料的参数、失效准则及刀具-工件摩擦模型进行设置，通过模拟铣削加工过程，得出铣削力、加工变形量数据。经实验验证，得到仿真结果与实验结果的一致性，从而把仿真得到的动态加工变形数据，作为钛合金薄壁件加工变形预测模型的数据支撑来源。 （3）针对薄壁件的加工过程，对加工数据进行分类及建立监测数据的获取框架。利用卷积神经网络和门控循环单元方法训练拟合薄壁件加工变形模型，构建孪生数据加工变形预测框架，通过采集数据与加工变形量数值的实时映射。将薄壁件加工变形量预测结果与实际变形量要求进行对比，通过对主轴转速和进给倍率进行调整，从而实现对薄壁件加工变形量的优化。 （4）根据薄壁件加工变形预测与控制孪生系统的功能，创建服务器和客户端。通过OPC和API8070协议完成物理机床和虚拟机床之间的通讯关系，且满足实时数据的传输要求。对孪生系统进行离线和在线测试，系统预测薄壁件加工变形与仿真和实验数据进行对比，验证了此孪生系统的可行性和准确性。根据薄壁件加工变形预测结果，调整薄壁件加工过程中的主轴转速和进给倍率，降低了薄壁件切入和切出阶段的变形量。
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