有限元分析的數(shù)控加工論文范文

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1有限元分析裝夾變形

西門子NX是一個完全集成的CAD/CAM/CAE軟件集，具有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造功能。本文通過西門子NX的CAD/CAM/CAE來完成建模、有限元分析及數(shù)控編程。首先，在NX的CAD模塊進(jìn)行三維建模，完成建模后進(jìn)入NX的結(jié)構(gòu)分析模塊，創(chuàng)建新分析方案，選擇解算器，這里用NXnastran，材料設(shè)置為steel，即對應(yīng)的45鋼。網(wǎng)格劃分是有限元分析的基礎(chǔ)，其目的是將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為離散的連續(xù)實(shí)體，有限元網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，直接影響到分析結(jié)果的精確度和分析所用的時間，在保證解算精度的情況下盡量提高數(shù)值計(jì)算的速度。

在NX仿真導(dǎo)航器中激活FEM文件，將其設(shè)為顯示部件，選擇“3D四面體網(wǎng)格”工具，選用具有較高計(jì)算精度的“10節(jié)點(diǎn)四面體單元”對零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在NX仿真導(dǎo)航器中激活仿真文件，將其設(shè)為顯示部件，在約束類型中選擇“固定約束”工具，選擇尺寸100的平面定義固定全約束。在載荷類型中選擇“力”工具，選擇固定約束對面橢圓面（事先適當(dāng)分割面），設(shè)置作用力為500N，力的方向?yàn)?00平面的垂直方向。有限元模型建立后，可進(jìn)行模型檢查，如網(wǎng)格、節(jié)點(diǎn)/單元、載荷、約束及材料等，檢查沒有錯誤，進(jìn)行求解，求解完成后，對分析結(jié)果進(jìn)行綜合評定，如圖2所示。

變形輸出excel文件格式，經(jīng)過后處理輸出的excel文件詳細(xì)地記錄了各坐標(biāo)點(diǎn)上的變形量，如表1所示。有限元分析施加載荷和邊界條件時，添加的力和約束與實(shí)際加工時工件的夾緊力、支撐點(diǎn)應(yīng)相符合，以模擬工件實(shí)際受力情況。

2數(shù)控編程加工

利用excel的計(jì)算功能，將原始點(diǎn)和變形量進(jìn)行比較，得到變形后的坐標(biāo)點(diǎn)。將這些坐標(biāo)點(diǎn)輸入NX軟件，用NX的建模功能三維建模，得到變形后的橢圓模型，因?yàn)镹X平面銑適用于側(cè)壁垂直底面或頂面為平面的工件加工，故選用NX的平面銑類型，加工輪廓刀具選用D40立銑刀，30°斜面選用60°成型刀，選擇加工面，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，生成軌跡后，后處理輸出G代碼。實(shí)際加工中可以通過測量工件夾緊后的變形量來控制夾緊力。本例在有限元分析時添加的力為500N，分析橢圓200mm尺寸變形量為0.516mm。加工時工件夾緊后，實(shí)際測量橢圓200mm尺寸變形量達(dá)到0.516mm時停止夾緊，這時有限元分析時添加的力與實(shí)際工件夾緊力應(yīng)基本相等。實(shí)際加工時上下方向可增加輔佐支撐，以防止數(shù)控加工時工件震動。

3結(jié)語

引起薄壁零件加工變形的原因很多，諸如切削力、材料變形、安裝夾緊力等，本文對橢圓環(huán)工件安裝夾緊力產(chǎn)生的變形進(jìn)行有限元分析，利用變形后的數(shù)據(jù)數(shù)控編程，以主動抵消夾緊力產(chǎn)生的變形，加工后零件變形量符合圖紙要求。

作者：劉鏑時單位：上海電機(jī)學(xué)院