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混合膛线阴极计算机辅助设计.pdf

混合膛线阴极计算机辅助设计

泽帅
2013-03-17 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《混合膛线阴极计算机辅助设计pdf》,可适用于工程科技领域

 收稿日期:    修回日期:*基金项目:“十一五”先进制造技术重点基金(),教学改革研究基金资助项目() 作者简介:唐 霖( ),男,江苏泰州人,硕士,主要研究方向:特种加工技术。文章编号:()混合膛线阴极计算机辅助设计*唐 霖,范植坚(西安工业大学机电工程学院,西安 )  摘 要:为解决渐速混合膛线电解加工阴极设计难度大,研制周期长,采用数控仿真软件VERICUT设计阴极工作齿。根据给定的几何参数和弹道方程建立数学模型建立阴极工作齿、数控机床、炮管毛坯实体模型和炮管膛线的理论设计模型选择机床数控系统编写数控程序优化阴极并进行试验。试验显示,在电解加工中采用计算机辅助设计进行阴极设计是一条可行的途径。关键词:电解加工,阴极设计,混合膛线,计算机辅助设计中图分类号:TP    文献标识码:AComputerAidedDesignofCathodefortheAdmixtureRifleTANGLin,FANZhijian(SchoolofMechatronicEngineering,Xi’anTechnologicalUniversity,Xi’an,China)  Abstract:It’sacomplex,reiterativeandtimeconsumingprocesstodesignaneffectivecathodeforelectrochemicalmachining(ECM)ofaccelerandorifleInthispaper,wefirstlyapplythepowerfulfacilitiesofVERICUTcombinedusingProEtoestablishthegeometricalmodelsformachine,cathodetoolsandholders,setupthewholenumericalcontrolsystemafterwards,finallygenerateGcodetorealizesimulationtoassesstherationalityofdesignedcathodetoothshapeandinvestigatetheoverowescuttingproblemstooptimizecuttingtoolTheresearchindicatesthatitmightbeafeasibleandpromisingwaytodesignthecathodetoolforECMbyVERICUTsoftwareKeywords:electrochemicalmachining(ECM),cathodedesign,admixturerifle,computeraideddesign引 言渐速膛线实质就是一种变螺旋角内螺线,采用传统机械加工生产效率低,表面质量差,拉刀昂贵且磨损严重。拟采用计算机控制电解加工。新阴极的研制必须经过反复试验,对阴极体锥度、长度、工作齿切进角度进行修正,以权衡加工精度和效率,阴极研制周期长,试验难度大。采用计算机辅助设计可以缩短阴极的设计周期,曾采用VC和三维造型软件OpenGL开发面向对象的数控加工仿真系统,这种方法需编写大量代码程序进行实体渲染、着色、动画及消隐,工作量大,系统维护性差,无法显示毛坯去除材料的过程。Vol,NoMar,  火力与指挥控制FireControlCommandControl  第卷 第期年月 总体设计思路本文采用下页图所示的总体设计技术流程图,首先根据电解加工成形规律确定目标函数和设计参数阴极工作齿宽度Bk,工作齿长度Lk,阴极齿半锥角�,以及切进角�和�(本文两者取相同值,即后面的�),从减小阴极工作齿干涉的角度和提高生产效率的角度建立数学模型。根据数学模型和几何参数在ProE中建立阴极工作齿的实体模型导入VERICUT中,在该软件中建立机床,炮管毛坯,夹具等模型,设置数控仿真系统和编写数控程序,,点击“开始仿真”按钮进行加工仿真,得到加工模型,将其与UG中建立的理论设计模型进行分析比较,若不在误差范围内,就必须不断“修正”阴极工作齿模型,直至符合要求。 数学模型针对阴极工作齿设计要考虑的主要参数:膛线宽B,深H,阴极工作齿大头宽Bk,小头宽bk,工作齿齿长Lk,侧向加工间隙c,线深方向间隙,渐速段起始缠角x,最终缠角x以及缠角变化率!。加工对象的弹道方程y=xp,其中x为炮管轴向坐标,y为径向坐标。通过求导得y′=xp,即为缠角的变化率y′=tan!,其中!为vx,vy切线间的夹角tan!=图 阴极工作齿示意图vyvx,图为阴极工作齿示意图。其中∀为工作齿半面角,�为工作齿半锥角,x是t时刻走过的阴极齿长,BX为t时刻对应的阴极齿宽度,vx为阴极体在炮管轴向的速度,vy为径向的速度,图为阴极工作齿示意图。渐速膛线的缠角!是变化的,当阴极按弹道方程运动时,与阴极体刚性连接的工作齿不能改变角度。当工作齿的角度按最终角设计时,加工中对起始段必然造成槽型加宽,暂且称之为“干涉”,缩短工作齿长度,可以减小干涉,但势必降低效率。为此,建模中要考虑:�为了减少干涉,使工作齿前端切进,减小bk:在膛线起始段被加宽的量(含蚀除)B=BxB=Lktan!B,暂且忽略加工间隙,得Bk=Lktan(x�)Lktan(x�)bk()如果把阴极工作齿分成无限段(每段长dx),膛线成型每一截面被蚀除的材料是阴极工作齿全长段蚀除的积分:V=∫Lksdx=∫Lkxtan(x�)xtan(x�)bkxtan∀dx,得V=tan∀Lktan(x�)Lktan(x�)bkLk()�从提高生产效率的角度出发,建立Lk、�与电流I的关系:当阴极上的电流密度一定时,Lk越长,I就越大由I=iBkbkLk,得I=iLkbkiLktan(x�)tan(x�)()因此,所研究的问题可以归结为:Lk,�为何值时,同时保证V尽可能大,B尽可能小,即当dIdx=,dBdx=,求Lk,�的最佳值。 VERICUT数控加工建模 阴极工作齿建模�在ProE中对阴极工作齿建模。根据上述分析,设阴极工作齿参数如下:膛线宽B,深H,阴极工作齿大头宽Bk,小头宽bk,工作齿齿长Lk,利用ProE软件,采用拉伸和旋转混合拉伸命令,进行阴极工作齿的三维建模,将工作齿安装到阴极体上如图所示。图 工作齿齿型模型�在VERICUT中,将阴极工作齿借用铣刀的文件窗口建模。在ToolManager窗口下点击Mill,添加新的铣刀,再点击Cutter,进行刀头和刀柄的描述。 炮管膛线理论设计模型建立理论设计模型是为了跟加工模型进行分析比较,为了能看到炮管内部的膛线形状,在UG中设置成透明的,下页图为炮管膛线理论模型。 VERICUT数控加工 编数控加工程序根据弹道方程绘制的混合膛线展开图,下页图包括段不同的缠角组成的混合膛线展开示意··  (总第)火力与指挥控制年 第期图 炮管膛线理论设计模型图 混合膛线展开图图。机床上进行轮廓加工的各种工件,大部分由直线和圆弧构成。若加工对象由其他二次曲线和高次曲线组成,可以采用一小段直线和圆弧来拟合(有些场合需要抛物线或高次曲线拟合),就可以满足精度要求。这种拟合的方法就是“插补”(Interpolation),由于x,y方向上变化很小,只要保证Z=,就能满足要求,图为数控编程代码。图 CNCG代码 分析Setup→Toolpath,在ToolpathType下拉列表中选择GCodeDate,点击按钮Add,选择相应的路径和刀具文件,点击Open。模型建立完后,就可以点击�进行炮管膛线的加工仿真。图为炮管膛线加工完,将炮管剖开所截得部分膛线视图。图 加工模型 试验验证根据上述设计模型的参数,设计制造的阴极如图所示,在卧式电解加工机床上加工出炮管膛线,分别截取直线段、减速段、等齐段切片如图所示。经过测量,经过数次反复修正阴极工作齿,等齐段炮管膛线的阴线和阳线尺寸符合要求。跟以往没采用计算机辅助设计的方法来设计阴极减少了阴极齿的修正次数。图 电解加工阴极图 炮管切片 结 论�结合加工对象的弹道方程研究了阴极运动轨迹,膛线生成过程针对阴极工作齿主要参数(齿长、齿宽、切进角)对成型规律的影响,分析了混合膛线阴极工作齿对膛线侧壁的干涉影响规律,建立了数学模型。�采用VERICUT软件设计机床和毛坯模型比较形象,用该软件仿真阴极工作齿对膛线侧壁的干涉比较直观。试验证明,该系统具有一定的精度和实用性,是缩短阴极设计周期的一条途径。参考文献:范植坚,王天诚电解加工技术及其研究方法M北京:国防工业出版社,刘 辰,范植坚,范庆明,等炮管膛线电解加工计算机仿真系统研究J西安工业学院学报,,():王亚平,刘 卫,王太勇,等基于VERICUT数控加工仿真及优化的实现J制造技术及机床,():RameshKK,YeoSH,ZhongZW,etalEcologicalGridingwithChilledAirasCoolantJInProcedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartB:JournalofEngineeringManufacture,,():李云龙,曹 岩数控机床加工仿真系统VERICUTM西安:西安交通大学出版社,张 冲,汪方宝,朱春临基于VERICUT的虚拟制造技术应用J合肥工业大学学报(自然科学版),,():··唐 霖,等:混合膛线阴极计算机辅助设计(总第)    

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