虚拟数控车削加工物理仿真技术研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机 械 设 计 与 制 造
１ ６６ 文章编号 ：０ １３ ９ （０ ０ ０ — １ ６ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）３ ０ ６ — ２ Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
第 ３期 ２１ ０ ０年 ３月
虚拟数控 车 削加 工物理仿真技术研 究 木
ｐｏｉ ｄｄｔｉｄ ． ｉａｙｔｅｒｎｓｏ ｈ Ｃｓ ｕａｉ ｅｄｓｕｓｄ ｒｖ ｅ ｅａｅｌ Ｆｎｌ ｅｄ ｅＮ ｉ ｌ ｏ ａ ｉ ｓｅ． ｄ ｌ ｙ ｌｈｔ ｆｔ ｍ ｔ ｎｒ ｃ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｒ ｕａ ｎｕｆ ｃ ｕｒ ； ｄｓ Ｖｉｔ ｌｍａ ａ ｔ ｅ ＮＣ ｃ ｎ ｎｇ； ｍａ ｈｉ ｉ Ｐｈｙ ｉａ ｉ ｕ ａｔｏ Ｓ ｍｕｌ ｔｏ ｏ ｌ ｓｃ ｌｓｍ ｌ ｉ ｎ； ｉ ａ ｉ ｎ ｍ ｄｅ
果很多 ， １本Biblioteka Ｓ Ｎ 如 ３ Ｏ Ｙ公 司研制的 Ｆ Ｅ Ａ Ｒ Ｄ Ｍ系统 ， 美国 Ｄ ｂｂ公 ｅｅ
司推出了数控加工过程仿真软件 Ｖ Ｃ Ｎ ，清华和华中理工大学合作
研制的加工过程仿真器 ＨＭ Ｓ Ｐ ，南京航空航天大学研究的 Ｓ ｐｒ ｕｅ—
ｍ ｎ ００ Ａ ／Ａ ａ２ ０ ＤＣ Ｍ等。国外还研制出几种有价值的仿真软件 ， Ｃ 出 现了 Ｕ 、ｒ ＥＭａｔＣ Ｍ等成熟的商业软件 ， Ｇ Ｐｄ 、 ｓ ｒＡ ｅ 而物理仿真由于切 削机理复杂、 建模难度大、 涉及因素多等客观原因， 前的研究都还 目 在不断的进行着。如 ｗＪ ｍｄｅ 建立 了车削力的动态模型和工艺 ． ｒｓ Ｅ 系统 的振动模型 ，ａ 等开发的刀具与工件相对振动模型 ，ｈｎ Ｓｒ ａ Ｚ ａｇ
ｔ ｉ ｕａ ｏ ｅｐ ｏｉｅ ． ｄｓｍ ｏ ｅｓｓｃ ｈ ｓｍ ｌ ｉｎａ ｒｖｄ ｄ Ａｎ ｏ ｅｍ ｄ ｌ，ｕｈ傩 ｔｅｃ ｔｎ ｆ ｒｅｍ ｄ ｌ ｉｒ ｉ ｄ ｌ ｔ， ｅ ｅ ｔ ｒ ｈ ｕｔ ｇ ｏｃ ｏ ｅ、 ｂａ ｏ ｍ ｅ ｃａ ｉ ｖ ｔ ｎｏ ｅ ｒ
Ｚ ＨＡＮＧ Ｓ ａ — ＨＡＮ Ｊａ ｇ． ｉｐｎ ｈ ｏ ＷＵ ． ｉｎ ＨＵ Ｈｕ— ｉｇ
（Ｔ ｎｌ ｇＣ ｌ ｇ ，ｏｇｉｇ２ ４ ０ ， ｈｎ ） ｏ ｇ ｎ ｏｌ ｅＴ ｎ ｌ ４ ０ ０ Ｃ ｉａ ｉ ｅ ｎ
（Ｈ ｆ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ｅｅ ２ ０ ０ ，ｈｎ ） ｅｅ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｃ ｎｌ ｙ Ｈ ｆ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ ｉ ｔ Ｔ ｏ ｉ
【 摘
要】 数控加工物理仿真是 Ｃ ＤＣ Ｍ领域的重要研究内容。 Ａ ／Ａ 文章面向 数控车削， 介绍了 物理仿
真研究的现状和 内 提 出了 容， 数控仿真 系 统的体 系 结构和建模方法， 建立了 切削力、 振动等方面的数学模 型， 并就物理仿真 系统的发展进行 了讨论。
关键词 ： 虚拟 制造 ； 数控加工 ； 物理仿 真 ； 仿真模型
【 ｓｒｃ 】Ｎ ｉ ｕａｉ ｅ ｅｅｒｈｓｂｅｔ ｆＣ ＣＡ Ｉ ｄｓｒ ｅ ｔｅｓ ｕ ｉ ｎ ｅ Ａｂｔａ ｔ Ｃ ｓ ｌ ｏ ｉ ａｋｙ ｒ ａｃ ｕｊ ｃ ｏ Ａ ／ Ｍ． ｔ ｅｃｉ ｓ ｈ ｉ ａ ｏ ａ ｄｔ ｍ ｔｎ ｓ ｓ ｂ ｔｔ ｎ ｈ
ｃｎｅｔ ｐ ｙｉ ｓｍ ｌ ｉ ｅｌ ｈ ｃｉｉｇ ｒｔ． ｒｍ ｗ ｒ ｎ ｏｅ ｂｉ ｉ ｅ ｏ ｏｔ ｈｓ ｉｕａｏ ｔ ｔ ａ ｅｍａｈｎｎ ｆ ｓｙ Ａｆａ ｅ ｏｋａｄｍ ｄｌ ｕｌ ｎ ｍ ｔ ｄｏ ｎｏ ｆ ｃ ｔ ｎ ｏｈ ｔ ｉ ｌ ｄｇ ｈ ｆ
中图分类 号 ： Ｈ１ 文献标 识码 ： Ｔ ６ Ａ
１ 引言
几何参数、 刀具形状、 机床参数等各种因素的干扰， 在建模时要综合 车 【阳 勿里 肖力 Ｊ ］仿真体系 构 ， １ 如图 所示。
的影响。虚找 目前国ｒＪ 对几何仿真方面的研究比较全面和深入 ，研究成 考鹰沱 ］ ￣， ｌ －
张少伍 韩 江 胡 慧萍
（铜陵学院 机械工程系， 铜陵 ２ ４０ ） 合肥工业大学 机械与汽车工程学院， ４ ００ （ 合肥 ２００ ） ３０ ９
Ｓｔ ｄ ｎ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆ ｉ ｕ ｌ ｕ ｙｏ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｖ ｔ ＮＣ ｕ ｎｎ ｈ ｓｃ ｌ ｉ ｕａ ｉ ｔ ｒ ｉｇ ｐ ｙ ｉａ ｍ ｌｔ ｓ ｏｎ
＊ ÷ ｔ ≯ ｍ， ｔ ＃ 灌 １ ｔ ＃ Ｉ ■甜 ｐ ｔ ｔ ｇ ｔ ■ 料 ｜ ； ； ｔ ｔ※ ｔ搿 － ｔ 一 扦 ｌｍ ｔ ∥ｔ掰 ｔ ■ ｔ ■ ÷ ＊ ｔ璐 Ｉ ｜＃ ｔ； ｛ Ｉ ｝ ＊ ■÷ ｔ＃ 彭 悖 ， ｝ ｌｍ ＊ ｔ 辑 ■ ｍ＃
和 Ｋ ｐｏ 建立了考虑加工过程 中随机振动影响的表面粗糙度模 ａｏｒ
图 １物理仿真系统的体系结构
型， 合肥工业大学刘光复等人提出了同时考虑工件系统和刀具系统
的切削颤振模型， 山东大学鞠培贵、 宋孔杰等人建立 了切削系统的
３ 物理仿真模型
在传统的仿真加工中， 物理仿真建模 的方法主要有 ： 实验法 、 传递函 数模型等等， 但这些模型多是对切削加工过程中的某些物理 解析法以及机械法 ，通过上述方法建立的模型主要有实验模型 、 现象做定性分析 ，目前所做的研究还不能完全满足生产的要求， 尚 解析模型和机械模型。 中实验模型是建立在大量的实验基础上 其 需作进一步的研究。本文面向数控车削加工过程， 建立数控车／， 的数学模型 ，解析模 型主要依据相关理论而建立 的数学模型， ￣ｈ Ｊｕ 而 工物理仿真数学模型， 并就物理仿真系统的发展进行分析 。 机械模型是在一定量的切削实验的基础上， 结合理论分析建立的
１ ６６ 文章编号 ：０ １３ ９ （０ ０ ０ — １ ６ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）３ ０ ６ — ２ Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
第 ３期 ２１ ０ ０年 ３月
虚拟数控 车 削加 工物理仿真技术研 究 木
ｐｏｉ ｄｄｔｉｄ ． ｉａｙｔｅｒｎｓｏ ｈ Ｃｓ ｕａｉ ｅｄｓｕｓｄ ｒｖ ｅ ｅａｅｌ Ｆｎｌ ｅｄ ｅＮ ｉ ｌ ｏ ａ ｉ ｓｅ． ｄ ｌ ｙ ｌｈｔ ｆｔ ｍ ｔ ｎｒ ｃ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｒ ｕａ ｎｕｆ ｃ ｕｒ ； ｄｓ Ｖｉｔ ｌｍａ ａ ｔ ｅ ＮＣ ｃ ｎ ｎｇ； ｍａ ｈｉ ｉ Ｐｈｙ ｉａ ｉ ｕ ａｔｏ Ｓ ｍｕｌ ｔｏ ｏ ｌ ｓｃ ｌｓｍ ｌ ｉ ｎ； ｉ ａ ｉ ｎ ｍ ｄｅ
果很多 ， １本Biblioteka Ｓ Ｎ 如 ３ Ｏ Ｙ公 司研制的 Ｆ Ｅ Ａ Ｒ Ｄ Ｍ系统 ， 美国 Ｄ ｂｂ公 ｅｅ
司推出了数控加工过程仿真软件 Ｖ Ｃ Ｎ ，清华和华中理工大学合作
研制的加工过程仿真器 ＨＭ Ｓ Ｐ ，南京航空航天大学研究的 Ｓ ｐｒ ｕｅ—
ｍ ｎ ００ Ａ ／Ａ ａ２ ０ ＤＣ Ｍ等。国外还研制出几种有价值的仿真软件 ， Ｃ 出 现了 Ｕ 、ｒ ＥＭａｔＣ Ｍ等成熟的商业软件 ， Ｇ Ｐｄ 、 ｓ ｒＡ ｅ 而物理仿真由于切 削机理复杂、 建模难度大、 涉及因素多等客观原因， 前的研究都还 目 在不断的进行着。如 ｗＪ ｍｄｅ 建立 了车削力的动态模型和工艺 ． ｒｓ Ｅ 系统 的振动模型 ，ａ 等开发的刀具与工件相对振动模型 ，ｈｎ Ｓｒ ａ Ｚ ａｇ
ｔ ｉ ｕａ ｏ ｅｐ ｏｉｅ ． ｄｓｍ ｏ ｅｓｓｃ ｈ ｓｍ ｌ ｉｎａ ｒｖｄ ｄ Ａｎ ｏ ｅｍ ｄ ｌ，ｕｈ傩 ｔｅｃ ｔｎ ｆ ｒｅｍ ｄ ｌ ｉｒ ｉ ｄ ｌ ｔ， ｅ ｅ ｔ ｒ ｈ ｕｔ ｇ ｏｃ ｏ ｅ、 ｂａ ｏ ｍ ｅ ｃａ ｉ ｖ ｔ ｎｏ ｅ ｒ
Ｚ ＨＡＮＧ Ｓ ａ — ＨＡＮ Ｊａ ｇ． ｉｐｎ ｈ ｏ ＷＵ ． ｉｎ ＨＵ Ｈｕ— ｉｇ
（Ｔ ｎｌ ｇＣ ｌ ｇ ，ｏｇｉｇ２ ４ ０ ， ｈｎ ） ｏ ｇ ｎ ｏｌ ｅＴ ｎ ｌ ４ ０ ０ Ｃ ｉａ ｉ ｅ ｎ
（Ｈ ｆ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ｅｅ ２ ０ ０ ，ｈｎ ） ｅｅ Ｕ ｉｅｓｙｏ ｃ ｎｌ ｙ Ｈ ｆ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ ｉ ｔ Ｔ ｏ ｉ
【 摘
要】 数控加工物理仿真是 Ｃ ＤＣ Ｍ领域的重要研究内容。 Ａ ／Ａ 文章面向 数控车削， 介绍了 物理仿
真研究的现状和 内 提 出了 容， 数控仿真 系 统的体 系 结构和建模方法， 建立了 切削力、 振动等方面的数学模 型， 并就物理仿真 系统的发展进行 了讨论。
关键词 ： 虚拟 制造 ； 数控加工 ； 物理仿 真 ； 仿真模型
【 ｓｒｃ 】Ｎ ｉ ｕａｉ ｅ ｅｅｒｈｓｂｅｔ ｆＣ ＣＡ Ｉ ｄｓｒ ｅ ｔｅｓ ｕ ｉ ｎ ｅ Ａｂｔａ ｔ Ｃ ｓ ｌ ｏ ｉ ａｋｙ ｒ ａｃ ｕｊ ｃ ｏ Ａ ／ Ｍ． ｔ ｅｃｉ ｓ ｈ ｉ ａ ｏ ａ ｄｔ ｍ ｔｎ ｓ ｓ ｂ ｔｔ ｎ ｈ
ｃｎｅｔ ｐ ｙｉ ｓｍ ｌ ｉ ｅｌ ｈ ｃｉｉｇ ｒｔ． ｒｍ ｗ ｒ ｎ ｏｅ ｂｉ ｉ ｅ ｏ ｏｔ ｈｓ ｉｕａｏ ｔ ｔ ａ ｅｍａｈｎｎ ｆ ｓｙ Ａｆａ ｅ ｏｋａｄｍ ｄｌ ｕｌ ｎ ｍ ｔ ｄｏ ｎｏ ｆ ｃ ｔ ｎ ｏｈ ｔ ｉ ｌ ｄｇ ｈ ｆ
中图分类 号 ： Ｈ１ 文献标 识码 ： Ｔ ６ Ａ
１ 引言
几何参数、 刀具形状、 机床参数等各种因素的干扰， 在建模时要综合 车 【阳 勿里 肖力 Ｊ ］仿真体系 构 ， １ 如图 所示。
的影响。虚找 目前国ｒＪ 对几何仿真方面的研究比较全面和深入 ，研究成 考鹰沱 ］ ￣， ｌ －
张少伍 韩 江 胡 慧萍
（铜陵学院 机械工程系， 铜陵 ２ ４０ ） 合肥工业大学 机械与汽车工程学院， ４ ００ （ 合肥 ２００ ） ３０ ９
Ｓｔ ｄ ｎ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆ ｉ ｕ ｌ ｕ ｙｏ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｖ ｔ ＮＣ ｕ ｎｎ ｈ ｓｃ ｌ ｉ ｕａ ｉ ｔ ｒ ｉｇ ｐ ｙ ｉａ ｍ ｌｔ ｓ ｏｎ
＊ ÷ ｔ ≯ ｍ， ｔ ＃ 灌 １ ｔ ＃ Ｉ ■甜 ｐ ｔ ｔ ｇ ｔ ■ 料 ｜ ； ； ｔ ｔ※ ｔ搿 － ｔ 一 扦 ｌｍ ｔ ∥ｔ掰 ｔ ■ ｔ ■ ÷ ＊ ｔ璐 Ｉ ｜＃ ｔ； ｛ Ｉ ｝ ＊ ■÷ ｔ＃ 彭 悖 ， ｝ ｌｍ ＊ ｔ 辑 ■ ｍ＃
和 Ｋ ｐｏ 建立了考虑加工过程 中随机振动影响的表面粗糙度模 ａｏｒ
图 １物理仿真系统的体系结构
型， 合肥工业大学刘光复等人提出了同时考虑工件系统和刀具系统
的切削颤振模型， 山东大学鞠培贵、 宋孔杰等人建立 了切削系统的
３ 物理仿真模型
在传统的仿真加工中， 物理仿真建模 的方法主要有 ： 实验法 、 传递函 数模型等等， 但这些模型多是对切削加工过程中的某些物理 解析法以及机械法 ，通过上述方法建立的模型主要有实验模型 、 现象做定性分析 ，目前所做的研究还不能完全满足生产的要求， 尚 解析模型和机械模型。 中实验模型是建立在大量的实验基础上 其 需作进一步的研究。本文面向数控车削加工过程， 建立数控车／， 的数学模型 ，解析模 型主要依据相关理论而建立 的数学模型， ￣ｈ Ｊｕ 而 工物理仿真数学模型， 并就物理仿真系统的发展进行分析 。 机械模型是在一定量的切削实验的基础上， 结合理论分析建立的