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金屬板材數(shù)控漸進(jìn)成形是根據(jù)分層制造原理，使擠壓工具沿著預(yù)先編制好的軌跡，逐層逐點(diǎn)擠壓板材使其發(fā)生局部塑性變形，進(jìn)而漸進(jìn)地完成板材件成形的一種無(wú)模成形技術(shù)。有限元分析方法是數(shù)控漸進(jìn)成形過(guò)程數(shù)字模擬、成形性能分析、成形參數(shù)優(yōu)化和成形結(jié)果預(yù)測(cè)及缺陷診斷的有力工具，其關(guān)鍵是正確地描述擠壓工具的運(yùn)動(dòng)。然而，由于數(shù)控漸進(jìn)成形的擠壓工具運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，現(xiàn)有的有限元分析軟件無(wú)法直接對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確描述，也不能直接利用NC代碼進(jìn)行有限元分析，因而很難進(jìn)行復(fù)雜板材件的數(shù)控漸進(jìn)成形有限元分析。李磊等人利用MatLab獲取圓錐形模型數(shù)控漸進(jìn)成形過(guò)程有限元分析所需軌跡點(diǎn)，然而這種方法僅適用于形狀結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的板材模型。李瓏杲等采用“虛擬靠模導(dǎo)向法”生成了有限元分析中所需的擠壓工具運(yùn)動(dòng)路徑。史曉帆等利用商業(yè)CAD/CAM軟件后處理中的線(xiàn)性輸出功能將加工軌跡用小段折線(xiàn)進(jìn)行逼進(jìn)，進(jìn)后獲取有限元分析所需的軌跡點(diǎn)，并根據(jù)進(jìn)給速度與軌跡點(diǎn)的間距為工具頭分配行至各軌跡點(diǎn)所需的時(shí)間，但應(yīng)用此方法獲取的軌跡點(diǎn)間距長(zhǎng)短不一，數(shù)據(jù)相對(duì)雜亂，不易于對(duì)軌跡點(diǎn)進(jìn)行檢查與二次編輯，且無(wú)法從已有的NC代碼中提取有限元分析所需的軌跡點(diǎn)，也有一些采用水平等距面切割模型的方法獲取擠壓工具運(yùn)動(dòng)路徑軌跡點(diǎn)的研究。
為了在數(shù)控漸進(jìn)成形的有限元分析中準(zhǔn)確地描述擠壓工具的運(yùn)動(dòng)，研究一種從CAD/CAM軟件輸出的NC代碼中提取有限元分析所需軌跡點(diǎn)的方法。
板材數(shù)控漸進(jìn)成形過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜的非線(xiàn)性動(dòng)載加工過(guò)程，當(dāng)使用非線(xiàn)性動(dòng)力顯式分析軟件對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，加載空間曲線(xiàn)軌跡比較困難，需要將等高線(xiàn)軌跡離散成一系列的軌跡點(diǎn)，并將軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)x，y，z及對(duì)應(yīng)的時(shí)間t分別以文本文檔的格式保存，然后再利用ANSYS軟件提供的數(shù)組讀入功能，將各個(gè)軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)及時(shí)間讀入到ANSYS中預(yù)先定義好的相應(yīng)的數(shù)組中，從而完成對(duì)有限元仿真模型的加載。為此，通過(guò)VC++編程對(duì)NC代碼文件進(jìn)行讀取，識(shí)別出NC代碼中刀具軌跡的插補(bǔ)形式；然后，分別按照直線(xiàn)插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種插補(bǔ)形式，將刀具軌跡按給定的精度離散成點(diǎn)群，并將點(diǎn)的坐標(biāo)連同設(shè)定的時(shí)間分別存儲(chǔ)為有限元分析軟件可讀入的文本格式文件，整個(gè)算法過(guò)程如圖所示。
在NC代碼中，關(guān)于描述刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的命令有快速定位命令(G00)，直線(xiàn)插補(bǔ)命令(G01)和圓弧插補(bǔ)命令(G02，G03)。為此，需要讀取G代碼段中X，Y，Z后面的數(shù)據(jù)。文中利用VC++的“fopen”函數(shù)打開(kāi)NC代碼文件并進(jìn)行順序讀取判斷。當(dāng)讀取中遇到“G”字符時(shí)根據(jù)其后的兩位字符判斷刀具的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型(快速定位命令、直線(xiàn)插補(bǔ)命令、圓弧插補(bǔ)命令)，并利用“strchr()”函數(shù)對(duì)該命令符之后程序段中X，Y，Z字符后面的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并分別存入字符數(shù)組中；同時(shí)根據(jù)刀具的運(yùn)動(dòng)類(lèi)型對(duì)刀具軌跡進(jìn)行離散處理，并利用“fprintf()”函數(shù)將離散點(diǎn)坐標(biāo)寫(xiě)入文本文件中；然后繼續(xù)順序讀取NC代碼文件，直到遇到“null”結(jié)束讀取過(guò)程。
在NC代碼的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)命令中，G00應(yīng)用于擠壓工具快速移動(dòng)到距離下壓點(diǎn)安全距離的位置和成形之后的退刀過(guò)程。由于此過(guò)程擠壓工具不與板材接觸，所以在有限元分析中無(wú)需對(duì)擠壓工具在此過(guò)程中的移動(dòng)軌跡進(jìn)行離散處理，直接將代碼段中設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)分別存儲(chǔ)到文本文件中。G01給出了直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，然而在漸進(jìn)成形的有限元仿真過(guò)程中擠壓工具運(yùn)動(dòng)的每一個(gè)軌跡點(diǎn)都要與相應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，為了確保有限元仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，需要對(duì)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡按照所需要的長(zhǎng)度間隔d進(jìn)行離散處理。
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