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外文翻译

学校代码：

10128

学号：

20XXXXXXXX

本科毕业设计外文文献翻译

题目：

塑料法兰盘模具数控加工工艺研究及仿真加工

学生姓名：

XXXXXXX

学院：

机械学院

系别：

机械系

专业：

机械电子工程

班级：

XXXXXXXXXXX

指导教师：

XXXXX讲师

二〇一四年六月

数控有限元模拟的新型加工流程

ShengPingWangandShivakumarPadmanaban

MSC.SoftwareCorporation,500ArguelloStreet,Suite200,RedwoodCity,CA94063,USA

MSC.SoftwareCorporation,4330LaJollaVillageDrive,SanDiego,CA92129,USA

摘要

本文描述了一种新的基于有限元方法pseudo-simulation数控（NC）加工（除材料）的过程。

工业加工组件通常会由于保留部分的重建平衡的缺失导致扭曲或失真。

在许多情况下,这些扭曲可以大到可能不再能够提供一部分其指定的功能。

考虑到加工过程从根本上是材料去除过程,研究一个新的基于自动移除有限元素伐区开发有限元分析（FEA）软件MSC来进行模拟数控的加工过程。

大量的关键软件增强了促进模拟数控加工的过程。

首先,一个无缝接口开发导入恰当CL数据生成的CAD/CAM系统。

然后,切削路径的生成是基于APT/CL文件中的信息和使用的自动检测。

刀和有限元网格之间的交集与每个增量运动的刀,有限元分析解算器检测到的所有位于切割路径数据。

这些数据在一步步与实际加工过程逐渐一致。

为了提高保真度削减的地区,当地自适应网格细分附近的切削工具。

这使得相对粗网格通过减少面积,提供更准确的实际体积。

以一个工业举例证明增强软件的功能在MSC。

Marc几乎都成为可能和有效。

分析复杂的加工过程三维生产零部件,并提供一个优雅的工具预测扭曲大型结构用于改善残余应力。

简介

在制造业中,数控加工广泛用于去除材料和生产与所需的几何。

在压力和重建的平衡中这个过程会导致留存部分变形或扭曲。

对于大型部件,包括薄壁结构,例如,大型转子机身整体部分,这些变形和扭曲大到可能会导致扭曲部分失去指定的功能。

因此对于能可靠的预测由于加工导致的扭曲数值的工具有一种强烈的需求。

目前，有限元分析工具可用来模拟实际的切割由于数量不够成熟的关系。

仍是一个的挑战。

技术,附近的刀为了迎合芯片形成模拟实际的需要极其细孔的切削过程。

此外,大变形的附近的刀具材料通常需要非常小的步骤和拉格朗日有限元网格技术自适应细化。

传统有限元分析工具经常需要如此巨大的计算资源,它不适用于实际设计用来预测扭曲和复杂的三维加工部分的工具。

在现实世界中制造应用程序中,一个昂贵和耗时的试错过程常常需要在工厂花费很多资金。

为了优化加工过程和无可避免的失败。

因此,设计一个软件,可以为复杂的加工过程进行有限元分析真正的3D生产零部件和提供一个合理的估计的扭曲/扭曲是至关重要的。

残余应力引起的变形加工件通常由两部分组成的。

一个之前存在的残余应力是加工的过程。

另一个造成残余应力的是加工过程中刀具。

工业实验明显粗大的组件通过的证明先验的残余应力工件的深度。

更重要影响产生的扭曲相比表面残余应力引入的切割的过程。

这个观察支持所谓的使用模拟的加工过程仅仅使用材料去除以模拟加工。

这个使用传统结合有限元技术假设引入的残余应力的影响切割过程中由于相比非常小预先存在的压力。

时间步长限制引起的当前位置严重扭曲的表面材料,因此现在采用较大的时间步长有限元模拟。

这种方法允许复杂的加工仿真组件。

从另一方面来说,这也可以大大减少总成本,避免实际的试错迭代和大大缩短周期时间装配和制造零件进行切削流程。

本文描述了软件的关键在于增强了MSC。

Marc为目的进行虚拟分析数控加工流程。

作为这一努力的一部分,无缝CAD/CAE接口开发,使有限元分析软件自动导入恰当/CL数据由CAD/CAM系统生成的。

然后,通过这些路径指定恰当的/CL数据文件计算由MSC.Marc内部。

接驳在刀具和有限元网格自动检测。

按照增量刀具的运动,MSC。

Marc检测的位于切割路径的所有元素。

然后用于在一个循序渐进的方式符合实际的加工过程。

为了提高保真度削减的地区,当前的网细化附近的刀具承担。

铁元素的工件刀具部分交叉的候选人为当前网浓缩。

这使相对粗网格减少区域,提供了一个精确的表示的实际体积移除。

举个例子，随着工业的,证明了增强软件几乎已成为可能有效地分析复杂的加工过程3D生产零部件和提供了一个优雅的工具在大型结构由于预测扭曲值。

软件系统

软件开发视为了建立一套工具来支持快速数控加工过程的数值评估。

这些数值研究的最终目的达到一个最优加工方案,允许完成部分的几何保真度高已知的有限变形翘曲。

作为设计工程师经常使用的CAD/CAM系统进行初始化部分的设计,从数据生成的加工仿真CAD/CAM系统开始很有必要。

因此,软件系统必须有很光滑的接口用于传输数据软件之间的不同单元。

有限元分析的主要输入求解见图1.

数控加工仿真的系统几何数据:

这是在下CAD系统定义的用来创建几何形状和组成部分在模拟夹紧工具表面使用的数据。

有限元分析模型:

基于几何数据,在有限元分析模型中定义的铁网、材料特性、边界条件和外部加载。

刀具路径数据:

刀具路径通常由CAD/CAM系统,像CATIA,[1]。

他们通常在恰当的创建（自动编程工具）语言恰当的文件。

对数控进一步加工,这些恰当的文件通常是编译通过一个合适的编译器将恰当的数据转换成G代码和/或CL（刀具位置）为一个特定的数据。

初始压力:

初始压力是在工件加工前由于存在之前的材料制造和治疗过程。

这样可以获得初始应力数据通过分析（例如,通过有限元分析）或测量（例如,通过x射线衍射）。

这两个分析在软件和实验模式支持和初始应力数据被自动转移到有限元分析模型中。

技术说明

正如图1中所描述的那样,为了实现自动导入数控数据到指定的有限元解算器,CAD/CAE接口无缝地与有限元分析过程。

在每个增量步的解算器读取APT/CL数据,计算出刀具几何形状和刀具运动路径,检测之间的十字路口有限元网格和铣刀的切削量。

在部分分割的元素的实例刀的体积,一个当地的自适应网格细化技术是用来细分,这样这个元素减少粗后删除元素的一部分细化。

图2一个典型的刀具形状和其特定的参数

铣刀形状和切割路径

铣刀形状和切割路径参数在决定材料的体积被削减时起着重要的决定。

定义的刀具形状刀具恰当的来源或CL文件声明。

扩大后的刀语句的形式给出:

CUTTER/d,r,e,f,α,β,h

其中的参数（D，R，E，F，α，β和H）描图2（见【2】对于这些详细的说明参数）。

当刀具运动，在空间的体积生成的称为刀具路径。

本刀具路径基于刀具尖端运动和计算刀具几何参数。

刀尖运动从数控数据APT /CL文件导入。

刀和有限元网格交叉点

图3说明了在刀具的关系运动和有限元网格。

当刀具移动时，有限元的元素网格检查它的路径形式。

那些这是部分或完全位于内部的元素刀具路径采摘的候选人被删除。

图3刀具运动和铁路口网格

元件的失活和局部自适应网格划分

有限元自动失活取决于刀具状态之间的交叉口路径和网格。

该方法是设计用来满足那都是完全或部分元素内位于挖方量内。

这是完全的元素位于挖方量内自动无效的和存在之前，应力失活被释放。

由于刀具的进展，部分扭曲逐步为越来越多的元素停用。

每一个加工步骤后，几何该部分更新为接下来的有限元分析切割步骤。

使用这种方法，整个加工过程进行了仿真模拟。

由于与部分相交的元素刀，一个自适应网格计划被实施。

这是部分位于刀具路径元素的细分级别数可以由用户设置。

细分后，一些的子元素（子分1级）或次级元素（细分2级）等，这些充分位于挖方量内停用。

细分的最高水平是基于精度和计算时间的要求。

图4（a）表明最初的元件尺寸太大的相比，刀具尺寸。

因此，这些元素细化到2级的水平，使刀可以有效地降低材料的切割体积。

精致的网格显示在图4（b）。

网格加密技术可以提高对有限元分析结果精度的加工。

它允许用户启动仿真加工一个粗糙的网格，领先的时候向创造适当的有限元模型可以显著减少。

当从一个均匀细网格开始比较分析时候，它也提高了整体的计算效率。

应当指出的是，自适应网格确实增加计算成本。

在某些情况下，自适应网格划分是多层次的，这种成本可以是显着的。

为了减轻这些困难，两个切削自适应技术网格实现了。

第一个是一个完整的—吹自适应啮合分析，其中每个增量其次是检查部分

相交的元素和随后的分部。

二是用两个合格的刀具路径交错网格自适应分析。

在第一个阶段，粗切割方案的实施，其中所有的元素这是完全刀体积内被删除。

没有在这通过使用自适应网格。

在第二次，精细的切割时实现其中的所有这是部分相交的元素细分只有在路径的部分删除。

应用

这里使用的例子是一个二级加工工业生产的一部分正如[4]所显示的那样。

切割前是一个给定的初始几何形状的一部分块。

它的尺寸（宽度厚度长度）等于28x14.5x4.5（英寸）（图5）。

残余应力块内导入到有限元模型。

图6显示σXX在XZ的分平面。

加工过程是将厚块工件切为薄壁结构的制品。

为达到所需的几何形状，大部分的材料必须在2个阶段切断。

应力平衡工件的原因保留部分变形，因此。

失真的保留的部分可以是非常重要的，如果加工工艺设计不当，它可以导致最后失败。

初始网格共有28224个八节点元素。

第一阶段是表面切割。

目的是为了减少顶面厚度（图5中看到的1阶段）。

第二阶段是从底侧切两个口袋（参见阶段2，图5）。

在实际生产中，部分应该翻切削阶段1后由于刀轴不变的完成两个加工阶段。

然而，为方便分析，翻转的部分等价于由刀具的旋转模拟。

因此，第二次切削是通过旋转刀具进行向相反的方向相对于第一阶段，如图5所示。

应该指出的是适当的夹具的工件在不同的地点在两个阶段的应用。

夹子可以采用节点边界条件或更多使用自动接触。

重新平衡后的最后一部分总变形是通过消除内部应力夹具和进行回弹分析后两个加工阶段。

图7（a）和图7（b）分别显示第一和第二切削阶段后变形的部分，图8显示了回弹后的最终的形状和变形。

从图7可以看出剪切体跟随刀具路径非常密切，在FE分析期间，除了在小角区域。

在这些地区，很细的网格是为了加工后有更好的的零件的形状精度。

在图7和图8中给出的结果是没有任何自适应网格。

为达到比较的目的，用自适应网格进行了有限元分析的块切割。

自适应网格的交错方案切割被使用。

图9（a）和9（b）比较了限元网格无网格自适应和后一级细分的细节。

可以看出，保真度切面积与自适应由于网格划分显著提高。

还应当注意的是，自适应网格运行增量，总数需要完成的两阶段的过程从793降低到710，具有较好的精度。

总结

模拟实际加工的实用工具方法在本文提出了。

软件的改进包括一个紧密的接口CAD生成的输出，刀具路径的确定，刀网的交叉和自适应网格算法。

此技术来模拟真实世界的使用工业零件的加工过程也被证明。

结果表明，原位反应残余在一部分存在的应力在加工可能会导致严重的失真后最终产品的切削过程。

它也表明，自适应网格可以用来提高切割部分的保真度。

参考文献

[1]DassaultSystems,CATIATrainingGuide,Version4,Release1.6,April1996.

[2].IrvinH.Kral,NumericalControlProgramminginAPT,Prenttice-Hall,1986.

[3].HoutzeelManufacturingSystems,APTLanguageReferenceManual,March1997.

[4].Saunders,A.H.III,“DesignToolForLargeMonolithicStructuralParts”inProc.ofAmericanHelicopterSociety59thAnnualForum,Phoenix,Arizona,May6-8,2003.

[5].MSC.SoftwareCorporation,TheoryandUserInformation,VolumeA,MSC.MarcVersion2003.PpB1-B6.