隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、分析階段的應(yīng)用，葉片零件在其加工前期會(huì)利用有限元理論進(jìn)行受力實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)其后期加工成品后整體應(yīng)力、加工誤差控制、表面質(zhì)量提升等方面有質(zhì)的提升。接下來小編簡單介紹一篇優(yōu)秀葉片技術(shù)論文。

　　摘要:葉片零件作為現(xiàn)代高端制造業(yè)(航天、航空、航海)動(dòng)力設(shè)備的核心部件，傳統(tǒng)的制造工藝并不能滿足高端葉片加工的需要，新型數(shù)控機(jī)床在加工精度、效率方面有了顯著性的提升。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展加快了高端制造業(yè)的發(fā)展，本文主要針對(duì)葉片零件的數(shù)控加工的仿真技術(shù)進(jìn)行研究，從葉片加工的工藝設(shè)計(jì)、加工制造過程(切削過程)以及對(duì)加工過程中可能的誤差點(diǎn)進(jìn)行分析，利用仿真過程解決了各個(gè)環(huán)節(jié)的虛擬執(zhí)行過程，為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

　　關(guān)鍵詞:葉片零件;數(shù)控加工;計(jì)算機(jī)仿真;工藝設(shè)計(jì);虛擬執(zhí)行

　　引言

　　自上世紀(jì)中期MIT開發(fā)出第一代數(shù)控機(jī)床后，數(shù)控技術(shù)的伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)帶動(dòng)了國防工業(yè)、高端制造業(yè)的飛速發(fā)展，先進(jìn)工藝的提升解決了傳統(tǒng)工藝無法滿足的制造條件。當(dāng)前，國家提倡建設(shè)“智能制造”強(qiáng)國[1，4-5]，先進(jìn)的數(shù)據(jù)化制造技術(shù)是未來實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為數(shù)控技術(shù)研究的補(bǔ)充，對(duì)數(shù)控技術(shù)的研究提供完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)環(huán)境，并且為制造執(zhí)行過程提供數(shù)據(jù)分析，為研究人員驗(yàn)證算法提供穩(wěn)定的環(huán)境支撐[2-3]。葉片零件作為高端產(chǎn)品的核心部件，提升其精度、耐用度是產(chǎn)品競爭力的核心體現(xiàn)，主要體現(xiàn)在復(fù)雜產(chǎn)品空間自由曲面的加工精度以及后期人工修正的比率，當(dāng)前國內(nèi)對(duì)于葉片零件的加工主要采用數(shù)字機(jī)床，葉片零件加工的精度直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的成敗，如XXX驅(qū)逐艦的國產(chǎn)化主要取決于國產(chǎn)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，提升了國產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)度，促進(jìn)了大型軍艦國產(chǎn)化的進(jìn)度。葉片零件的仿真技術(shù)主要通過計(jì)算機(jī)仿真工具對(duì)葉片加工過程進(jìn)行模擬化，如采用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)(CAM)自動(dòng)完成葉片加工路徑規(guī)劃、控制程序編輯以及校驗(yàn)、加工以及裝配等整個(gè)流程的模擬仿真，并且通過記錄過程數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)流程關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析為制造人員提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。本文通過CAM軟件設(shè)計(jì)葉片零件的加工過程的仿真，并通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真結(jié)果分析[18-22]。

　　1葉片零件數(shù)控加工仿真

　　1.1有限單元分析法介紹

　　有限單元分析法是指將連續(xù)的整體單元通過離散成為有限數(shù)量(特定數(shù)量)的單元，而各個(gè)單元在邊界處即可相互連接，而對(duì)于結(jié)果分析是通過單元受力結(jié)果的集合進(jìn)行綜合代替，該過程在工程力學(xué)的研究中被稱為是有限單元法，最終的實(shí)際結(jié)果是否準(zhǔn)確取(接近實(shí)際物理結(jié)果)決于有限單元結(jié)構(gòu)的選取以及單元網(wǎng)絡(luò)劃分是否準(zhǔn)確，而在實(shí)際工程中，為了提升分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，往往通過提高單元數(shù)量來提升結(jié)果的精度，但是該方法是以增加計(jì)算開銷作為代價(jià)的。研究人員主要在確保滿足工程精度要求的前提下，降低目標(biāo)對(duì)象的復(fù)雜度，從而縮短分析、計(jì)算的時(shí)間。本文采用Ansys軟件作為有限元分析工具，結(jié)合與CAD的三維模型數(shù)據(jù)的無縫接入，通過數(shù)據(jù)處理、計(jì)算分析以及結(jié)果處理三個(gè)階段完成工程過程分析。其流程如圖1所示。

　　1.2計(jì)算機(jī)輔助制造仿真

　　本文設(shè)計(jì)過程中采用UGNX的CAM模塊進(jìn)行輔助制造仿真，主要包含人機(jī)交互的工藝參數(shù)輸入、刀具軌跡分析計(jì)算、刀具軌跡編輯、刀具軌跡仿真以及結(jié)果后處理程序構(gòu)成。(1)工藝參數(shù)輸入:該單元利用人機(jī)交互界面，將設(shè)計(jì)過程中所相關(guān)的工藝參數(shù)作為輸入，包含毛坯、刀具、夾具等工藝參數(shù)數(shù)據(jù);(2)刀具軌跡分析計(jì)算單元:該單元主要完成對(duì)工藝方法的制定，包含了業(yè)界主流的加工工藝，例如針對(duì)削鐵工藝，包含單向切、雙向切、環(huán)切等平面統(tǒng)削模式，并且利用投影法在刀面上通過控制刀具實(shí)現(xiàn)曲面加工;(3)刀具軌跡編輯單元:該單元主要針對(duì)在計(jì)算過程中出現(xiàn)的偏差問題進(jìn)行臨時(shí)參數(shù)更改解決過程中的問題;(4)刀具軌跡仿真單元:該單元主要完成對(duì)目標(biāo)過程的仿真，根據(jù)實(shí)際工程處理過程虛擬相關(guān)零部件完成正流程的仿真執(zhí)行;(5)結(jié)果后處理程序:該單元主要針對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并且調(diào)用系統(tǒng)工具將最終的執(zhí)行程序生成所需的數(shù)控代碼[14-17]。其編程步驟如圖2所示。

　　1.3物理模型算法介紹

　　作為在數(shù)控加工過程中模擬葉片零件切割的過程，熱效應(yīng)對(duì)葉片的生產(chǎn)過程有相對(duì)較高的影響，本文充分考慮了熱效應(yīng)在葉片加工過程中的影響因素，如公式1所示為熱傳導(dǎo)效應(yīng)表示:(1)其中:T為溫度;t為時(shí)間;ρ為密度;c為比熱;L為潛熱;λ為導(dǎo)熱系數(shù);(x、y、z)為坐標(biāo);fs為固相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。通常難以計(jì)算定向凝固中的熱輻射，因?yàn)榇鎯?chǔ)每個(gè)表面因素對(duì)其他視覺因子所需的大量學(xué)習(xí)，本文中，采用蒙特卡羅方法得到的數(shù)值方法來處理定向凝固中的輻射，需要更少的記憶和更高的精度。然后，被切割的葉片單元表面i所包圍可劃分為具有相同數(shù)量n的常規(guī)離散空間單元，其溫度計(jì)算為包括的表面單元的平均值，之后可以計(jì)算名為i-j的特定空間單元與表面單元i之間的熱輻射如公式2所示。(2)其中:Ti為表面單元i的溫度;Ti-j為葉片表面單元i-j的溫度;Fi和Fi-j分別為兩個(gè)葉片單元表面的面積，s為Stefan-Boltzman常數(shù)。1.4葉片零件的數(shù)控加工仿真模型基于仿真系統(tǒng)工具的模型設(shè)計(jì)主要通過二次開發(fā)工具對(duì)葉片曲面特征函數(shù)進(jìn)行編寫，通過計(jì)算求得曲面各個(gè)型質(zhì)點(diǎn)出的曲率半徑，其程序設(shè)計(jì)如圖3所示。工過程中對(duì)發(fā)生干涉現(xiàn)象的參數(shù)進(jìn)行微調(diào)即可，提升切削效率、在UGNX的CAM模塊中參數(shù)設(shè)置如圖4所示，主要對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、快速進(jìn)給率、切削進(jìn)給率等進(jìn)行了設(shè)置。通過調(diào)用以上算法程序?qū)Τ跏蓟瘏��?shù)進(jìn)行執(zhí)行，得出一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過校驗(yàn)處理，最終通過后處理程序進(jìn)行處理形成數(shù)據(jù)代碼，如圖5所示。

　　2結(jié)論

　　本文主要從數(shù)控機(jī)床在葉片類零件設(shè)計(jì)過程中用到的仿真技術(shù)進(jìn)行介紹，從有限元單元分析法、CAM技術(shù)以及模型構(gòu)建等數(shù)控加工仿真等相關(guān)進(jìn)行介紹，主要對(duì)葉片編程與加工過程仿真，葉片切削過程中的切削受力變形進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。

　　參考文獻(xiàn)

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　　閱讀期刊：《電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)》

　　《電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1962年，是一份由信息產(chǎn)業(yè)部主管、信息產(chǎn)業(yè)部電子第五研究所主辦、中國電子學(xué)會(huì)可靠性分會(huì)協(xié)辦的可靠性研究專業(yè)刊物，1962年創(chuàng)刊，國內(nèi)外公開發(fā)行。

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