羅土興

摘 要：本文分析了在進行數(shù)控加工之前的預防性仿真，能過有效的防止工件變形，將工件模擬成為彈性體，對在加工中的相關的工藝進行模擬，通過工藝模型的建立，從而能夠結合有限元的分析，分析造成變形的誤差。按照工藝的成本分析，對工藝進行局部的調整，對刀具的路徑進行修改，提高工藝的質量。

關鍵詞：工藝質量；數(shù)控加工；薄壁零件；變形；仿真

在進行數(shù)控加工的過程中，其主要流程有三個，在加工前要進行工藝的設計與零件的編程，在加工時要實現(xiàn)全程的監(jiān)控，以及在加工后要對加工進行檢驗。在加工中，工藝系統(tǒng)會受到外界的干擾，導致加工的變形，而且工件在安裝的過程中會存在一些誤差，刀具在使用中會出現(xiàn)一些磨損。所以，在進行數(shù)控加工的過程中，應該進行工藝的設計，確保加工的質量，在模擬中，應該分析工藝的幾何特征。

一、仿真基礎上的數(shù)控工藝質量完善措施

在仿真的基礎上，進行數(shù)控工藝的改進，首先要實現(xiàn)零部件的建模，然后再進行數(shù)控的編程，實現(xiàn)工藝的建模與物理的仿真，對工藝進行優(yōu)化。

二、改進方法

在工藝改進的過程中需要使用KU=F的公式，K代表的是工件剛度建立的矩陣，F(xiàn)代表的是工件的荷載形成的列陣，U代表的是工作上的各個節(jié)點的位移形成的陣列，通過對這個公式進行分析，可以看出，要想防止工件在加工中出現(xiàn)變形，應該提高工件的剛度，減小工件的荷載。

（一）進給量的調節(jié)

要想減小工件的荷載，就需要減小進給量，可以有效的防止工件產(chǎn)生變形，提高工件的加工效率，應該對進給量進行局部的調節(jié)。應該在關鍵的區(qū)域形成剛度大、變形小的區(qū)域，在這類區(qū)域中可以提高進給量，在那些剛度比較差的區(qū)域，運用小的進給量。其流程如圖1所示。

圖1 刀具路徑的進給量的調節(jié)

首先要確定產(chǎn)生變形的區(qū)域，假設一個加工面的最大的變形量，按照物理仿真的方式，建立變形分布圖，形成變形的關鍵區(qū)域，變形的分布圖運用等值線的分布情況來表示。然后實現(xiàn)邊界點的確定，邊界點指的是刀具的路徑與關鍵區(qū)域的交集，當?shù)毒咦叩氖侵本€路徑時，采用幾何相交算法分析邊界點，如果刀具走的是曲線路徑，那么就要運用CAM軟件建立刀位文件，按照差補公差實現(xiàn)對路徑的離散。最后實現(xiàn)刀位文件的修改，此時應該對進給量進行不同方向的調整，結合邊界點，按照刀具的路徑，如果刀具走的是直線路徑，那么就需要在邊界點增加新的刀位點。

（二）刀具路徑的修正

在對薄壁零件進行加工時，工件受到不均勻的切削力的影響產(chǎn)生變形，而且會產(chǎn)生變形的回彈，在變形消除的過程中會引起加工的誤差，導致工件的輪廓出現(xiàn)變形，所以，應該采用主動的刀具路徑修正的方式，應該先對會彈量進行計算，再形成新的刀具，運用補償?shù)毒叩姆绞?，減小變形回彈產(chǎn)生的工件的誤差。其流程如圖2所示。

圖2 刀具路徑的修正

（三）裝夾方案的完善

當工件的荷載改變后，其剛度也會發(fā)生變化，裝夾的方案與荷載關系密切，而且與夾緊力的數(shù)量以及位置有關系，這些變量如果產(chǎn)生較大的變化，都會導致工件的變形。所以，在對裝夾方案進行完善中，應該完善夾緊力的數(shù)量，將一個夾緊力改成多個夾緊力，這樣就能夠實現(xiàn)力的分散，防止力過分集中導致工件變形，而且即使產(chǎn)生了變形，也不會導致工件變形不均勻。改善夾緊力的位置，夾緊力一般是在剛度比較好的平面上發(fā)揮作用的，而支撐力是作用于剛度差的平面上的。最后應該改變夾緊力的大小，當夾緊力的數(shù)量和位置都固定下來后，盡量使用小的夾緊力，確保工件具有較好的穩(wěn)定性。

（四）工件結構的完善

如果工件的受力情況是穩(wěn)定的，那么工件的荷載也是恒定的，應該通過改變工件的剛度，可以通過在工件上增加凸型臺，能夠使工件的剛度增減，減小工件的變形。在對工藝質量進行完善的過程中，應該運用不同的方法進行改善，分析工藝的成本規(guī)律的基礎上，減少工藝的成本。

三、實例的分析

圖3是某薄壁套的零件，其材質為無縫鋼管，零件的外圓直徑為64毫米，內(nèi)孔直徑為60毫米，壁的厚度為2毫米，長度為40毫米，此零件的直徑尺寸精度要求比較高。在進行加工時，一般先對內(nèi)腔進行加工，再對外緣加工，先對凹端進行加工，再加工凸端。此工件的剛度是比較差的，所以在加工的過程中產(chǎn)生變形，而且會受到工藝流程、刀具路徑等影響，所以要進行反復的切割實驗，實現(xiàn)工藝的改進。但是在反復的實驗中會增加成本，而且導致加工的質量降低，工件的穩(wěn)定性受到影響。本次研究對此零件進行了仿真實驗，使加工質量得到了改善。

圖3 零件圖

在對工件進行加工中，應該運用工件裝夾的方式，在加工的過程中，運用普通裝夾的方式，加工的精度會受到一定的局限性。所以，在對此零件進行裝夾中，應該加大另加的支撐面積，拓寬夾壓的面積，減小夾壓的應力，可以運用增添輔助支承的方式，使工件的剛度能夠提高。對刀具行走的路徑觀察，然后分析工件在不同的位置產(chǎn)生的變形，并分析變形產(chǎn)生的原因，然后沿著刀具行走的路徑，建立控制點，實現(xiàn)均勻的控制。在運用工藝夾頭裝夾時要確定好夾持的長度，當工件完成內(nèi)孔和外圓端面的加工后，再進行切割。這樣可以防止工件在加工的過程中產(chǎn)生變形，同時又能夠確保內(nèi)孔和外圓端面的位置是精確的。

結語：

在對薄壁零件進行加工中，最主要是控制零件的變形，在進行加工之前就可以采用仿真技術，減小變形的誤差。通過分析工藝質量的成本規(guī)律，能夠對進給量進行調節(jié)，對刀具的路徑進行修正，采用物理仿真，減少實驗的成本，提高加工的效率。

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