研究发现基于数控成形有限元分析轨迹研究

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金属板材数控渐进成形是根据分层制造原理，使挤压工具沿着预先编制好的轨迹，逐层逐点挤压板材使其发生局部塑性变形，进而渐进地完成板材件成形的一种模成形技术。有限元分析方法是数控渐进成形过程数字模拟、成形性能分析、成形参数化和成形结果预测及缺陷诊断的有力工具，其关键是正确地描述挤压工具的运动。然而，由于数控渐进成形的挤压工具运动非常复杂，现有的有限元分析软件法直接对其进行准确描述，也不能直接利用NC代码进行有限元分析，因而很难进行复杂板材件的数控渐进成形有限元分析。李磊等人利用ML获取圆锥形模型数控渐进成形过程有限元分析所需轨迹点，然而这种方法仅适用于形状结构比较简单的板材模型。李珑杲等采用虚拟靠模导向法生成了有限元分析中所需的挤压工具运动路径。史晓帆等利用商业CADCAM软件后处理中的线性输出功能将加工轨迹用小段折线进行逼进，进后获取有限元分析所需的轨迹点，并根据进给速度与轨迹点的间距为工具头分配行至各轨迹点所需的时间，但应用此方法获取的轨迹点间距长短不一，数据相对杂乱，不易于对轨迹点进行检查与二次编辑，且法从已有的NC代码中提取有限元分析所需的轨迹点，也有一些采用水平等距面切割模型的方法获取挤压工具运动路径轨迹点的研究。有限元分析的相关知识也可以到网站具体了解一下，有专业的客服人员为您全面解读，相信会有一个好的合作！http://www.nataid.com/

为了在数控渐进成形的有限元分析中准确地描述挤压工具的运动，研究一种从CADCAM软件输出的NC代码中提取有限元分析所需轨迹点的方法。

板材数控渐进成形过程是一个比较复杂的非线性动载加工过程，当使用非线性动力显式分析软件对成形过程进行数值模拟时，加载空间曲线轨迹比较困难，需要将等高线轨迹离散成一系列的轨迹点，并将轨迹点的坐标，，及对应的时间分别以文本文档的格式保存，然后再利用ANSYS软件提供的数组读入功能，将各个轨迹点的坐标及时间读入到ANSYS中预先定义好的相应的数组中，从而完成对有限元仿真模型的加载。为此，通过VC++编程对NC代码文件进行读取，识别出NC代码中刀具轨迹的插补形式；然后，分别按照直线插补和圆弧插补两种插补形式，将刀具轨迹按给定的精度离散成点群，并将点的坐标连同设定的时间分别存储为有限元分析软件可读入的文本格式文件，整个算法过程如图所示。

在NC代码中，关于描述刀具运动轨迹的命令有速定位命令(G00)，直线插补命令(G01)和圆弧插补命令(G02，G03)。为此，需要读取G代码段中X，Y，Z后面的数据。文中利用VC++的函数打开NC代码文件并进行顺序读取判断。当读取中遇到G字符时根据其后的两位字符判断刀具的运动类型(速定位命令、直线插补命令、圆弧插补命令)，并利用()函数对该命令符之后程序段中X，Y，Z字符后面的数据进行读取并分别存入字符数组中；同时根据刀具的运动类型对刀具轨迹进行离散处理，并利用()函数将离散点坐标写入文本文件中；然后继续顺序读取NC代码文件，直到遇到结束读取过程。

在NC代码的直线运动命令中，G00应用于挤压工具速移动到距离下压点安全距离的位置和成形之后的退刀过程。由于此过程挤压工具不与板材接触，所以在有限元分析中需对挤压工具在此过程中的移动轨迹进行离散处理，直接将代码段中设定的起点坐标和终点坐标分别存储到文本文件中。G01给出了直线运动的起点和终点，然而在渐进成形的有限元仿真过程中挤压工具运动的每一个轨迹点都要与相应的时间点一一对应，为了确保有限元仿真结果更加准确可靠，需要对直线运动轨迹按照所需要的长度间隔进行离散处理。