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汽车零配件工艺特征切削加工数据系统的开发

2017/8/7    来源:互联网    作者:赵凯  秦闯  刘战强      
关键字:工艺特征  切削温度  切削参数  VC++  
汽车零配件形状复杂,编程人员仅凭经验选择数控加工的切削用量,导致切削用量的合理性因人而异,加工效率难以保证。为系统研究汽车零配件机械加工工艺特征对最佳切削用量选择的影响。在切削加工有限元仿真的基础上,开发汽车零配件工艺特征切削数据系统,并与NX CAM模块集成,形成基于NX数控编程的汽车零配件工艺特征切削数据系统。根据汽车零配件机械加工要求对工艺特征进行分类;采用Deform 3D有限元仿真并通过多元回归分析获得工艺特征参数、切削用量和刀具几何参数对切削温度的影响规律;根据马卡洛夫切削温度守恒定律获得最佳切削用量,并通过VC++软件开发获得汽车零配件一工艺特征切削数据系统软件。结果表明:该系统软件可有效解决编程人员凭经验选择切削用量,导致切削用量选择不合理、加工效率低的问题。

    0 前言

    切削数据库是计算机技术与机加工技术相结合的产物,是衡量切削技术水平高低的重要指标,可以充分发挥数控机床和切削刀具功能。早在1964年,美国金属切削联合研究公司和美国空军材料实验室就联合建立了CUTDATA切削数据库,该数据库涵盖了3 750种工件材料,22种加工方式和12种刀具材料,成为世界上第一个金属切削数据库。为进一步完善切削数据库,国内外大量学者和学术研究机构进行了不懈努力。如建立了切削数据的知识专家系统,为车削、铣削和钻削加工推荐切削用量数据和加工补偿信息;基于约束补偿问题和相似理论建立了高速切削数据系统,用于优化切削用量;通过对车削加工特征进行分析和分类,结合对车削刀具结构的研究,确定了基于切削加工特征的车削刀具的选择原则,建立了基于切削加工特征的刀具选择切削数据库系统,实现车削刀具及其切削参数的智能选取;建立了车、铣、钻、镗4种加工方式实例库的数据结构及实例编码方法。

    综上所述,现有的数据库采用System R的SQL等数据库语言,需在运行电脑上安装相应的支撑插件,而汽车制造、军工、航空航天等行业的计算机应用为安全考虑不允许安装软件插件,其通用性受到限制,且尚未解决与CAM集成的问题。为此,研究采用.txt格式文件作为底层数据的存储方式建立开发基于工艺特征的切削数据系统,并与NX CAM模块集成,开发基于NX数据编程的汽车零配件一切削数据系统。该系统可实现基于优化切削参数的数控编程,并无需任何插件的安装即可在计算机NX软件环境中运行应用。

    1 汽车零配件工艺特征分类

    工艺特征根据汽车零配件局部特征的加工方法、刀具类型和走刀路径进行分类,获得不同组合下最优的切削用量和数控信息。工艺特征分类如图1所示。

    1

    图1 工艺特征分类

    2 汽车零配件工艺特征切削数据的获取和存储

    切削数据传统上通过手册、生产实践或切削试验获取,不但针对性和准确性较差,而且资源浪费大,成本高。为此,工艺特征切削数据通过对Deform3D切削仿真数据的分析获得。

    2.1 仿真过程设置

    2.1.1 网格划分

    Deform 3D有限元软件采用4节点12自由度四面体单元对工件和刀具三维实体进行自动网格划分。细密的网格产生更加精确的结果,却使仿真时间指数增加。在确保计算精度的前提下,对工件和刀具进行局部网格细化,可以大大节约仿真时间。

    2.1.2 材料本构方程

    切削加工过程中工件材料经受高温、大应变和大应变率后发生弹塑性变形。在弹性阶段,弹性模量和泊松比是重要的材料力学参数。在塑性阶段,则考虑温度、应变和应变率对材料流动应力的影响。因此构建能够准确反映切削过程高温、大应变及大应变率的材料本构模型是模拟分析的关键。Johnson-Cook模型不但可以反映加工过程中的热软化效应、应变硬化效应和应变率硬化效应,而且物理意义明确、结构简单,受到广泛认可。Johnson-Cook本构方程的一般形式如式(1)所示。

    Johnson-Cook本构方程

    2.2 实验验证

    为验证模型的有效性和预测精度,对硬质合金立铣刀切削钛合金TC4工件进行了切削温度实验。切削温度实验在超高速铣床VMC0540d上进行,采用TH5104R红外热像仪对切削加工过程中的切削温度进行测量。铣削加工图如图2所示,实验参数如表1所示,切削温度与切削参数的关系如图3所示。

    3

    图2 铣削加工图

    表1 实验参数

    4

    5

    图3 切削温度与切削参数的关系

    由图3可知,实验切削温度与仿真切削温度具有很好的一致性,证明通过Deform 3D有限元仿真的方法获得切削温度是有效的。

责任编辑:张纯子
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