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发表于 2007-3-29 09:54:06
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来自： 中国浙江湖州
2．技术内容和技术关键 & p7 p) [3 e' P9 _: C( S
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1. 锻模的三维造型 * C' h% X6 P1 j" s
# \* U1 R; I- V7 |' j' B锻模的三维造型是一项艰苦的工作。在利用锻模CAD/CAM一体化系统设计制造锻模的过程中，三维造型要花费大量的时间和精力。因此减少三维造型的工作量是软件开发人员的责任。根据锻模的形状特点，构造特殊的三维造型算法，是将三维造型的工作量降到最低的有效途径。 9 C" u% @# n2 l+ p4 D
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对于形状复杂的型腔而言，构造光滑的型面是三维造型中一个难题，常常再现以下问题： + t% J, y; P0 y8 s( ~7 B
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1）需要把整个曲面分成许多小块曲面，然后把这些小曲面连接起来。光滑过渡问题由使使用者考虑。这无疑要花费大量的时间和精力。
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' _! {1 N6 e2 V2 \2）在通用CAD系统中，曲面间的光滑连接是一个解析运算过程。当多个曲面参与运算时，有时有解，有时无解；是否有解，有时还与操作的顺序有关。这些都需要使用者不断摸索，积累经验。 . d" ~: U, F. ^
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3）曲面间光滑过渡的解析运算一般需要占用较多计算机资源，因此对硬件有较高的要求。
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7 p% ^) {2 @/ J; Y4 N, O二次加工法是解决这些问题有效方法之一。所谓二次加工法是开发一个光顺算法，对三维造型后的模型自动进行二次加工，使构成锻模型腔表面和各曲面达到光滑连接的要求。光顺算法只对不光滑的地方进行光顺，而对光滑表面不起作用。这样，在采用通用CAD的造型工具进行三维造型时，可以不必过多考虑曲面间的光滑连接和过渡，大大节省了造型时间。由于光顺加工是自动进行的，所以增加了系统的封装性。 9 H1 S: Q/ Q/ c& [: g( Y2 b
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我们可以注意到这样一个事实：如果把锻模的工艺形状从三维模型上分离出来，锻模型腔的形状就变形十分简单了。我们把分离了工艺形状的形状称为锻模的概念模型（如图1a）。相反地，如果有了概念模型，再在它上面添加上工艺形状，就可得到锻模的最终形状。基于以上分析，可以给出简化三维造型过程的一个策略：在通用CAD平台上只构造概念模型，然后采用一系列算法和程序，在概念模型上把工艺形状自动添加上去，最终形成所需的锻模型腔模型（如图1b）。由于构造概念模型只需花费构造锻模型腔最终模型1/51/10的时间，而自动添加工艺形状可在无需人工干预的情况下由计算机在短时间内完成，因此这种方法可大大减轻三维造型工作的压力。
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2. 刀位面 ( P# }6 B) r5 m0 t9 _" S; s& D
) l% r! V4 v9 n* m实现NC自动编程的关键是生成刀位面。刀位面是锻模型面的偏置曲面，也是所有可能的刀具轨迹的集合。 8 ~, S% K) }! k. F. {
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假定刀具为球头铣刀，并设P（X，Y，Z）是锻模型面S上的任意一点，Q（X，Y，Z）是相应于S的刀位面S´上与P点在同一法线上的点。那么P是刀具球面与锻模型面的切点，PQ两点的距离等于刀具球头半径，如图2所示。 & ~* a2 I$ m7 I% A4 N3 P
7 M4 n! p) T* M7 [ l& X设锻模型面S由矢量方程表示为 r（u,υ）＝s(u,υ) z, Y0 ^# d/ n5 R6 K
其参数方程为 X＝X（u,υ），Y＝Y（u,υ），
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则锻模型面S上任一点的法向矢量n为 7 K0 _: N- X; u: q$ R$ ^) q
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法矢n的方向余弦为 cosα＝JX/L，cosβ＝JY/L，cosγ＝JZ/L
& v% |! R: m/ `* X! N# q5 {其中
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相应的刀位面方程为7 y/ e; D! N3 A! v6 G8 z" r" ?' T
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式中，R为刀具球头半径。 ' Z: H, w; c6 u& ?; m$ [4 c
& I- C; @# d) } c$ j5 G* `通常，按上述方法生成析位面必须进行偏置解析运算。当锻模型面比较复杂时，需要大量的计算机时。而且，在解析计算过程中不能预报过切或干涉的情况，需要在计算完成后再进行过切或干涉检查。触角法是一种独特的计算刀位面的算法。这种算法使偏置计算和防止过切、干涉处理一次完成，生成过切无干涉刀位面。由于这种算法减少了人工干预，最大限度地降低了人为差错。此外，这种算法占用计算机资源少，速度快，既可以用于锻模型腔也可用于电极，效果十分明显。 5 [6 t: g1 [" t6 [3 }( y
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3. NC加工代码
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! A% F, X& T4 d5 N: n! i有了刀位面信息，再生成刀具轨迹进而生成加工代码就是一件容易的事了。然而，怎样在保证加工精度的同时提高加工效率始终是一个值得研究的课题。 8 _" r, f3 q+ c/ x; A$ [4 F
+ V I; C' D! Z- V- u用球头铣刀加工锻模型面时，刀痕在行间构成了被称为切残量的加工表面不平度h，如图3所示。当刀具半径R给定时，切残量h与行切间距Δs之间的关系为 " c, g' r( ~6 z
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式中，为被加工型面的倾斜角。 + U# s0 S( _; n; O9 F1 {2 c; I5 T
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于是，当切残量h限定为hα时，由上式可知，行切Δs间距唯一地由被加工型面倾斜角ψ决定。这样，在保证切残量不变的前提下，可以实现行切间距值按加工点的倾斜角不同来自调节。 ) B& R' s5 a+ h& i
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4. 工艺分析计算
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6 N' Y/ t/ {6 j% T工艺分析计算的目的的为锻模加工工艺提供不可缺少的数据，同时也为锻造工艺提供必要的和辅助的分析工具。 + g8 K: s( ?' ]- x: S" c) O
' B; O+ m% D2 x. ^- `! X（1）物性计算 物性计算主要包括锻模型腔投影面积、投影面积的周长和面心、锻件最大截面面积、最大截面高度、型腔体积、锻件质量、锻件长度、打击中心、变形力和变形功等参数的计算。 6 ~. B& D$ J* |7 Q
7 C0 x1 e+ G8 C% ^# C0 [（2）截面信息 在屏幕任意位置和方位的截面图，并计算出截面面积。 5 v5 q3 Y/ q! h- z Z
- t$ K2 K$ ~) ~$ T5 g* M（3）计算坯料图 在屏幕或打印机上显示或输出计算坯料图。该图可以用截面面积方式和当量半径方式来表示。
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$ z6 `& x0 T5 s3 e5. 辊锻工艺CAD及模具的CAD/CAM * M1 Y: R: W! V$ W+ B3 |& s# I4 a
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（1）辊锻件特征截面的参数化 辊锻件的特征截面是指那些形状必须由辊锻工艺严格保证的截面。对辊锻件的特征截面进行分类，可以将具有几何相似性的一组特征截面用一个带有参数的特征截面来表示。带有参数特征截面被称为“父截面”。图4给出父截面的例子。 . E. e2 p- e" n0 Y6 t0 V
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2）辊锻件的三维造型 辊锻工艺的特点决定了辊锻件常常是长轴类零件，而辊锻件的形状基本上是由特征截面决定的。根据辊锻件的形状特点，采用一般扫描法进行三维造型比较合适。但是，一般扫描法只能生成过渡函数给定的三维形体，这一局限性常常不能满足辊锻件三维造型的要求，必须进行改进。 I) p( |2 h" e$ h, l
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模糊过渡 曲面造型方法较好地处理了过渡中既有一次过渡，又有二次过渡的情况。 6 l4 s" [2 d3 s0 T! S7 {9 A8 ^5 J9 j
' ]7 s l7 c% d' ]5 s以过渡形体的 |
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