【正文】 /E進(jìn)行車削加工過程仿真 21 21 22 23 25 26 28結(jié) 論 31致 謝 32參考文獻(xiàn) 33附 錄 36III第一章 緒 論第一章 緒 論 選題的背景和意義車削加工過程是一個(gè)復(fù)雜的工藝過程，加工質(zhì)量與刀具形狀、刀具磨損、切削流動(dòng)、溫度分布有密切的關(guān)系。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用數(shù)值仿真的方法，對(duì)車削過程進(jìn)行仿真。對(duì)車刀幾何結(jié)構(gòu)（前角后角和斷削槽等）進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，但目前大多數(shù)的有限元素分析基本還是二維模型分析，而實(shí)際切削過程是三維空間內(nèi)進(jìn)行的，這樣就限制了二維數(shù)值模擬的結(jié)果，對(duì)實(shí)際加工的預(yù)測(cè)有影響。金屬零件的加工方式可以分為塑性加工、熱成形或壓力成形加工、機(jī)械加工、高能加工、電及化學(xué)加工等幾大類。對(duì)車削加工進(jìn)行具體分析，對(duì)加工過程中材料參數(shù)工藝中的車削速度、背吃刀量及進(jìn)給率；對(duì)車刀幾何結(jié)構(gòu)（前角、后角和斷削槽等）進(jìn)行分析是研究加工技術(shù)的重要方法，是實(shí)現(xiàn)加工高精度、自動(dòng)化、提高金屬切除率的重要手段，是制定加工工藝的主要依據(jù)。實(shí)際切削加工中的大多數(shù)情況屬于斜角切削方式。通過實(shí)例分析了解車削的加工過程中切削力大小、切削溫度及應(yīng)力變的分布情況。 仿真技術(shù) 仿真技術(shù)的概念和原理計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以多種學(xué)科和理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)的軟件為工具，通過虛擬試驗(yàn)的方法來分析和解決問題的一門綜合性技術(shù)，伴隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而形成的一門學(xué)科。它一般設(shè)計(jì)和構(gòu)造一個(gè)客觀世界某一系統(tǒng)的數(shù)理邏輯模型，并借助計(jì)算機(jī)對(duì)該模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程。20世紀(jì)50年代計(jì)算機(jī)仿真主要采用模擬機(jī)；60年代后串行處理數(shù)字機(jī)逐漸應(yīng)用到仿真之中，但難以滿足航天、化工等大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)對(duì)仿真時(shí)限的要求；到了70年代模擬－數(shù)字混合機(jī)曾一度應(yīng)用于飛行仿真、衛(wèi)星仿真和核反應(yīng)堆仿真等眾多高技術(shù)研究領(lǐng)域；80年代后由于并行處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字機(jī)才最終成為計(jì)算機(jī)仿真的主流。國(guó)內(nèi)的主流數(shù)控加工仿真軟件有上海宇龍軟件工程有限公司開發(fā)的宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)、南京宇航自動(dòng)化技術(shù)研究所開發(fā)的YHCNC 宇航數(shù)控車銑模擬仿真教學(xué)軟件、北京斐克科技有限責(zé)任公司開發(fā)的VNUC 數(shù)控加工仿真軟件。軟件可以支持二軸和三軸的動(dòng)態(tài)加工仿真，兼容國(guó)內(nèi)的主流數(shù)控系統(tǒng)如fanuc數(shù)控銑床和數(shù)控車床，siemens數(shù)控銑床和數(shù)控車床，PA系統(tǒng)等[4]。該軟件支持的機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)較多，軟件可以支持二軸和三軸的動(dòng)態(tài)加工仿真，但核心仿真算法不是太穩(wěn)定。支持變量編程（不僅是宏程序）的數(shù)控加工仿真軟件。主要有三大系統(tǒng)：FANUC、西門子、華中數(shù)控，還有其他的系統(tǒng)如：廣州數(shù)控、阿貝爾信濃ASINA Series 205T CNC數(shù)控系統(tǒng)等。軟件可以支持國(guó)內(nèi)的主流數(shù)控系統(tǒng)等，界面配置比較靈活[5]。VERICUT 軟件功能強(qiáng)大，具有很強(qiáng)的動(dòng)態(tài)建模能力，可以支持三軸到五軸的動(dòng)態(tài)加工仿真，并提供二次開發(fā)工具供用戶擴(kuò)展軟件功能。VERICUT 軟件應(yīng)用范圍很廣，既可用于實(shí)際加工，也可用于教學(xué)培訓(xùn)，在歐美數(shù)控加工仿真領(lǐng)域占據(jù)主要市場(chǎng)份額，該軟件偏重于實(shí)際加工過程的仿真，不支持?jǐn)?shù)控加工面板的仿真。德國(guó)的MTS是德國(guó)著名的高端數(shù)控仿真軟件品牌，有著超過二十年的CAD/CAM軟件和數(shù)控機(jī)床模擬仿真軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。該軟件也是采用靜態(tài)建模技術(shù)，支持二軸和三軸的動(dòng)態(tài)加工仿真，具有簡(jiǎn)單的數(shù)控操作面板，但沒有開放二次開發(fā)接口，用戶無法自主擴(kuò)展機(jī)床模型和控制器面板[6]。2　國(guó)內(nèi)開發(fā)的各類應(yīng)用軟件普遍不具備二次開發(fā)接口二次開發(fā)功能是很多國(guó)外應(yīng)用軟件的基本功能，一些大型的應(yīng)用軟件本來就是一個(gè)開發(fā)平臺(tái)，用戶在這個(gè)平臺(tái)上可以非常方便的定制自己的特定需求和擴(kuò)展軟件的功能。通常在模擬數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，在系統(tǒng)形成時(shí)根據(jù)用戶的不同使用需求生成初始化面板。每次用戶提出新的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須都要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新。通過動(dòng)態(tài)建模的方式，實(shí)現(xiàn)控制面板的動(dòng)態(tài)特性。這個(gè)過程不需要程序設(shè)計(jì)人員的干預(yù)，可直接由用戶根據(jù)使用說明改造完成。 數(shù)控加工仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前，仿真和建模技術(shù)已成為制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和運(yùn)行的重要工具，同時(shí)作為生產(chǎn)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度和輔助決策工具也得到越來越廣泛的應(yīng)用。例如，檢驗(yàn)走刀路徑，發(fā)現(xiàn)加工中的不合理，如少切或過切等。國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究工作開展的較晚，目前有華中理工大學(xué)開發(fā)的應(yīng)用于CAD中心曲面造型系統(tǒng)中的數(shù)控銑削加工切削仿真系統(tǒng)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的三軸數(shù)控銑削仿真系統(tǒng)，天津大學(xué)的回轉(zhuǎn)類零件的CAD/CAM集成系統(tǒng)等。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用將給制造業(yè)帶來革命性的飛躍。采用數(shù)控機(jī)床技術(shù)，可以為產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的可制造性分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，能夠迅速完成在機(jī)床上不方便操作的各項(xiàng)任務(wù)，如完成數(shù)控程序的調(diào)試、測(cè)量產(chǎn)品加工誤差、評(píng)定加工效率和檢驗(yàn)干涉碰撞情況等。利用機(jī)床加工的全過程與用戶的交互功能，可以為企業(yè)、學(xué)校的數(shù)控人才培訓(xùn)提供快速、安全且不消耗資源的有效手段，并幫助機(jī)床制造商向遠(yuǎn)程客戶逼真地演示其產(chǎn)品。數(shù)控技術(shù)是由許多先進(jìn)學(xué)科、先進(jìn)知識(shí)形成的綜合技術(shù)系統(tǒng)，是一個(gè)極具潛力的前沿研究領(lǐng)域。機(jī)床是加工技術(shù)的核心，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化是制造技術(shù)的發(fā)展方向。把某一類型的機(jī)床作為該類型數(shù)控機(jī)床的附件，提高數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、增加機(jī)床產(chǎn)品的附加值。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴(kuò)大到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物等許多非工程領(lǐng)域，此外，并行處理、人工智能、知識(shí)庫(kù)和專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展正影響著仿真計(jì)算機(jī)的發(fā)展[9]。7結(jié)論第二章 軟件介紹 Pro/ENGINEER 軟件介紹Pro/ENGINEER系統(tǒng)是由美國(guó)PTC公司開發(fā)的，是當(dāng)今世界著名的三維CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、家電、玩具等行業(yè)，集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、數(shù)控加工、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能于一體，具有三維實(shí)體建模、單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能、基于特征和參數(shù)化設(shè)計(jì)等特性[22,23,24]。裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征，通過給這些特征設(shè)置參數(shù)，然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。圖21 Pro/E界面Pro/ENGINEER由許多功能模塊組成，包括工業(yè)設(shè)計(jì)模塊、機(jī)械設(shè)計(jì)模塊、功能仿真模塊、制造模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和數(shù)據(jù)交換模塊。Pro/E最主要的優(yōu)勢(shì)是在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方面，因此Pro/E主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和手板制作階段。特征是指所有的實(shí)體、嵌片、對(duì)象等，是構(gòu)成零件的最基本部分。改變與特征相關(guān)的形狀或位置的定義，就可以改變與實(shí)體模型相關(guān)的形位關(guān)系。所謂關(guān)聯(lián)，就是在任意層面上更改設(shè)計(jì)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)在所有層面上做相應(yīng)的改動(dòng)。系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)名字是d，其中“”是尺寸標(biāo)注的流水號(hào)系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)名字是可以修改的，當(dāng)修改參數(shù)的值時(shí)，在保持模型的拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，模型的幾何大小和相對(duì)比例將隨著參數(shù)的改變而變化。當(dāng)修改某一單獨(dú)特征的參數(shù)時(shí)，會(huì)牽動(dòng)其他與之存在相依關(guān)系的特征進(jìn)行變更，這樣就能保持整體的設(shè)計(jì)意圖。在其他的特征基礎(chǔ)上創(chuàng)建特征，就想一個(gè)家庭關(guān)系，因此成為父子關(guān)系。特征之間建立的父子關(guān)系可以是隱含的，也可以是清楚的。 建模方法①確定特征的順序：在建模中，特征的順序?qū)δＰ偷膶?shí)現(xiàn)意圖影響相當(dāng)大。基礎(chǔ)特征是考慮的重點(diǎn)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奶卣髯鳛樵O(shè)計(jì)中心。另外，還需要充分考慮尺寸參數(shù)的控制。④靈活使用特征復(fù)制操作：復(fù)制操作會(huì)產(chǎn)生一個(gè)特征陣列，如果改變其中任意一個(gè)特征參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地反映在其他陣列上[12]。②進(jìn)入零件設(shè)計(jì)階段。④確定參數(shù)平面。⑥進(jìn)行必要的標(biāo)注和尺寸修改。 基準(zhǔn)平面要建立一個(gè)零件模型，必須先創(chuàng)建一個(gè)基本特征，用來在模型上定位后續(xù)的實(shí)體模型特征?；咎卣靼ɑ据S，基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)坐標(biāo)系等?；鶞?zhǔn)平面是模型中其余部分的基礎(chǔ)，后續(xù)增加大模型上的特征中的很多或全部參照都依賴于基本特征。一般選擇默認(rèn)基準(zhǔn)平面作為基本特征。 草繪基礎(chǔ)草繪是Pro/E的操作基礎(chǔ)，利用它可以繪制直線、圖、擬合曲線等。草繪界面如圖22所示。在草繪工具欄中有3種直線情況，分別是“繪制2點(diǎn)線按鈕”，“繪制2個(gè)圖元的切線按鈕”和“繪制2點(diǎn)中心線按鈕”。在草繪環(huán)境下，所有的尺