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  國內虛擬切削加工仿真技術動向          【字體:
國內虛擬切削加工仿真技術動向
作者:liven    新聞來源:切削技術網    點擊數:5510    更新時間:2009-6-11    
虛擬機械加工技術(virtual machining)已誕生很久了切削技術網站,隨著科學技術的進步切削技術網站,三維計算機輔助設計被廣泛應用于產品設計切削技術網站,在工程作業設計、加工工序設計及產品組裝程度等方面切削技術網站,需要開發計算機輔助技術切削技術網站,特別是在計算機輔助工程(CAE)方面切削技術網站,采用有限元法(FEM)來預先解析研究與產品性能相關聯的構造、熱傳導性以及利用計算機輔助制造(CAM)確定刀具運動軌跡的編程技術切削技術網站,均已滲透到工程的各個領域而被有效利用。
切削加工仿真技術的發展動向包括兩個方面切削技術網站,其一是開發NC仿真軟件切削技術網站,借以顯示刀具運動軌跡切削技術網站,并判斷刀具、刀夾與工件及其夾具是否產生干涉。
在進行立銑加工時切削技術網站,最基本的任務是切除刀具切削刃包絡面通過部分的被加工材料切削技術網站,使保留下來的部分成為已加工面。完成這類加工所用的軟件應包括如下內容:刀具、刀具夾頭、工件、夾具等的協調切削技術網站,機床主軸的構成及其可工作的范圍切削技術網站,能真實地仿真機床和刀具的動作等。特別是近幾年來切削技術網站,由于五坐標切削加工的不斷增加切削技術網站,在實際加工前應進行NC仿真的重要性日益突出。這類NC仿真軟件中切削技術網站,有不少軟件具有極為優異的性能切削技術網站,如可從金屬切除體積計算出加工效率;根據金屬切除體積來判斷切削加工是否產生過載;如果負荷固定切削技術網站,由于進給速度過高而產生過載切削技術網站,仿真軟件可調整進給速度切削技術網站,防止過載產生切削技術網站,并可縮短切削加工時間等。
切削加工仿真技術的另一發展動向是研究解析切削加工過程中的物理現象切削技術網站,如被加工材料因塑性變形而產生熱量切削技術網站,被切除材料不斷擦過刀具前刀面形成刀屑后被排出切削技術網站,以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等切削技術網站,并將這一系列切削過程通過計算機模擬出來切削技術網站,目前能達到這種理想目標的產品還為數不多。Third wave systems公司的“advantedge”是采用有限元法對切削加工進行特殊優化解析的軟件產品切削技術網站,與用于構造解析的有限元法程序包比較切削技術網站,其最大優點是用戶界面優良切削技術網站,機械加工的技術人員能方便地進行解析。美國scientific forming technologies公司的“deform”是鍛造等塑性變形加工用有限元法解析程序包切削技術網站,最近已被轉用于切削加工。
切削過程是切屑、被加工材料的彈性變形和塑性變形的變形過程切削技術網站,與沖壓、鍛造等塑性變形比較切削技術網站,變形速度(單位時間產生的變形量)非常大切削技術網站,由此產生的塑性變形能量和前刀面上由摩擦產生的能量將引起發熱切削技術網站,從而使溫度大幅度升高切削技術網站,刀尖在連續而狹小的范圍使被加工材料破壞、分離成切屑和已加工面等切削技術網站,這是切削過程的顯著特征。而這些現象彼此間存在復雜的相互影響。
如果用有限元解析方式切削技術網站,需輸入下列內容:被加工材料特性及摩擦狀態等物理特性;切削條件及刀具形狀等邊界條件。通過有限元解析剛性方程切削技術網站,可輸出切削力、剪切角、切削溫度等帶有切屑生成狀態特征的量化參數切削技術網站,在此過程中切削技術網站,無需建立數學模型或提出假設。根據有限元解析的結果切削技術網站,還易于將切屑生成過程、應力、變形等物理量實現可視化。
要獲得高精度解析結果切削技術網站,最為重要的輸入內容是反映被加工材料應力——變形關系的材料特性切削技術網站,而材料特性的獲取是極為費力的工作。今后切削技術網站,隨著計算機功率的增大切削技術網站,這種切削過程的物理仿真技術將會逐漸普及。能否迅速普及的關鍵在于能否及時向用戶提供所需的被加工材料的材料特性。
按需開發切削加工仿真技術軟件
目前切削技術網站,許多科技人員正在進行生產工程中最基礎的切削加工技術的研究切削技術網站,其中多數研究的目的是在弄清楚加工現象的同時切削技術網站,對加工過程進行預測。如果這些研究內容實現了系統的計算機軟件化切削技術網站,就意味著能形成一個切削仿真技術軟件。如東京農工大學機械學院的實驗室就正在進行幾種預測性的有關切削加工仿真技術軟件的研究。工藝流程和實用仿真采用了橫向和縱向相匹配的研究體系切削技術網站,橫向與產品設計到加工工序相對應;在縱向上越往上切削技術網站,實用性越好切削技術網站,往下則不僅是實用性切削技術網站,還包括加工現象的解析和實現可視化。
  1. 刀具信息數據庫和解析仿真技術并用的切削條件選擇系統
    在實際的切削過程中切削技術網站,不應照搬工具廠提供的推薦切削條件切削技術網站,而應根據機床、工具系統、工件裝卡等具體情況切削技術網站,反復進行試切削來修正切削條件。同時還應將過去加工中積累的行之有效的參考數據輸入數據庫切削技術網站,在有效利用這些數據的同時切削技術網站,借助解析方法使切削條件達到最佳化;對于沒有參考數據的新的切削加工切削技術網站,則應開發與此相關的切削條件選擇系統。該系統中把振動、加工精度、刀具升溫、刀具壽命、殘余應力等設定為解析內容切削技術網站,在解析的基礎上切削技術網站,就能選擇出最佳的刀具和調整切削條件。
    本系統的數據大致分為三個部分:刀具信息數據、工具系統組成、切削條件。在切削條件中可積累有效的切削加工技術參數。
    本文擬表示平頭立銑刀加工的最佳銑削效率和最佳化側面的形狀誤差。根據數據庫選擇所需刀具和刀夾切削技術網站,預測由立銑刀和刀夾的彎曲度及卡頭和主軸錐度結合部分的旋轉變化所導致的加工誤差。切削力的預測采用刀尖處的切削力乘以比切削抗力的模式。這是一種最簡便的的方法切削技術網站,但卻得到了切削力波形與實測值一致的良好結果。計算出每一瞬間由切削力引起的刀具撓曲量切削技術網站,將其和形成已加工面的切削刃位置的位移相連就能得到已加工面的形狀。與大規模有限元法的計算比較切削技術網站,計算時間是非常少的切削技術網站,輸入刀具信息和切削條件信息切削技術網站,就能容易地仿真加工誤差。 盡管數據庫里已具有確實適應的切削加工條件切削技術網站,人們仍希望進一步減少加工誤差切削技術網站,提高加工效率。實例表明切削技術網站,用這種仿真和實現最佳化方式來修正切削條件是完全可能的。
  2. 立銑刀加工時的刀具溫度
    近年來切削技術網站,高速銑削已很普遍切削技術網站,由經驗得知切削技術網站,它適用于小切深、大進給的銑削條件切削技術網站,而把握最佳條件卻相當困難。銑削加工與車削加工不同切削技術網站,前者屬于斷續切削切削技術網站,在加工過程中切削技術網站,刀具升溫和冷卻高速地反復進行。由于熱傳導給刀具——切屑接觸部分是斷續進行的切削技術網站,必須根據這一特征來解析刀具溫度的變化。熱傳導量對預測精度影響很大切削技術網站,但不需要對切屑生成狀態的變形和熱解析相聯系進行大規模計算切削技術網站,因此可快速獲得解析結果。切削速度、切深、進給的組合將影響最高溫度切削技術網站,當加工效率一定時切削技術網站,提高進給速度切削技術網站,刀具溫度就會降低切削技術網站,溫度降低往往會使進給速度的提高達到極限切削技術網站,而提高進給速度切削技術網站,加工表面就會變得粗糙。因此切削技術網站,如果能很好地平衡粗糙度和溫度的關系切削技術網站,就能夠選擇到兩者相互平衡的切削條件。
  3. 用有限元法進行切削過程的物理仿真
    在用有限元法進行切削過程的物理仿真中切削技術網站,作為切削條件輸入的內容包括:切削速度、切削厚度、刀具前角、刀具后角、工件材料特性等。對這些參數進行解析后切削技術網站,就能獲得切削力、切屑形狀、刀具和切屑上的溫度分布、應力分布、形變分布、殘余應力分布等物理特性輸出結果。
    這種仿真對特殊切削狀態(如動態切削)也是適用的。切削成波形表面的波形切除過程(wave removal)和刀具邊振動邊切削的波形生成過程都顯示出在切屑厚度變薄的過程中切削技術網站,剪切角變小、變形集中而產生大的變形。在這樣的動態切削過程中切削技術網站,剪切角發生變化切削技術網站,與此相對應的是切屑生成的變形范圍大小也發生變化切削技術網站,因此切削力與刀尖的切削厚度不成正比。由與刀尖切削厚度的變動相對應的剪切角度變化圖可知切削技術網站,即使刀尖切削厚度相同切削技術網站,振幅增大時比振幅減小時的剪切角還大切削技術網站,利薩如(lissajou)圖形下方呈凸半月形。根據這樣的解析結果切削技術網站,才能使現象的可視化及理解成為可能切削技術網站,從而開發出更為實用的高精度近似解析法。
另外切削技術網站,對于材料特性不同的復合金屬材料的切削加工切削技術網站,以及象超聲波振動切削那樣的刀具在切削方向邊振動邊斷續切削等加工切削技術網站,均可采用物理仿真技術進行解析。由鐵素體和珠光體以層狀分布時的解析實例可知切削技術網站,由于各層分布的位置不同切削技術網站,切屑卷曲的狀態有很大的差異。如果在材料設計中能夠有效應用物理仿真的解析結果切削技術網站,就有可能實現不依靠斷屑槽來進行切屑處理。在超聲波振動切削中切削力減小切削技術網站,是因為振動切削的振動頻率大大高于刀具——被加工材料系統固有振動頻率。這種解析所獲得的切削力是斷續作用在刀具和切屑間的力切削技術網站,假設沒有摩擦減小等其它因素的影響切削技術網站,這種切削力和通常的切削是一樣的。
新聞錄入:liven    責任編輯:liven 
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