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7050铝合金等通道多转角挤压过程的三维有限元模拟
吕哲;郑立静;于燕;李焕喜;高文理
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2008(37)12
【摘要】对7050铝合金等通道多次转角挤压(equal-channel angular pressing,简称ECAP)过程中的变形行为进行三维有限元模拟,并研究了挤压过程中等效应变的演化以及载荷-位移曲线变化。
为开发多道次ECAP工艺的模具设计、工艺参数提供理论指导依据。
【总页数】4页(P2125-2128)
【关键词】等通道多次转角挤压;有限元分析;等效应变;7050铝合金
【作者】吕哲;郑立静;于燕;李焕喜;高文理
【作者单位】北京航空航天大学,北京100083;湖南大学,湖南长沙410082
【正文语种】中文
【中图分类】TG371
【相关文献】
1.7050铝合金等通道转角挤压的有限元模拟及力学性能 [J], 徐尊平;程南璞;陈志谦
2.等通道转角挤压过程和参数的有限元模拟概述 [J], 袁玉春;马爱斌;江静华
3.等通道转角挤压过程和参数的有限元模拟概述 [J], 袁玉春;马爱斌;江静华
4.7050铝合金热挤压成形过程的有限元模拟 [J], 许柏华;张翔;王晓溪
5.7050铝合金等通道转角挤压过程中显微结构和力学性能演化的小角x射线散射研究 [J], 郑立静;李树索;李焕喜;陈昌麒;韩雅芳;董宝中
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计算机数控系统计算机数控系统3．1 计算机数控（CNC）系统的基本概念计算机数控（computerized numerical contro，简称CNC）系统是用计算机操纵加工功能，实现数值操纵的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的操纵程序，执行部分或者全部数值操纵功能．由一台计算机完成往常机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时操纵。
CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置与进给（伺眼）驱动装置构成。
由于使用了CNC装置，使系统具有软件功能，又用PLC取代了传统的机床电器逻辑操纵装置，使系统更小巧，灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维修也方便，同时具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
3．2 微处理器数控（MNC）系统的构成大多数CNC装置现在都使用微处理器构成的计算机装置，故也可称微处理器数控系统（MNC）。
MNC通常由中央处理单元（CPU）与总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I／O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴操纵单元、速度进给操纵单元等构成。
图3 .2.1为MNC 的构成原理图。
3.2.1中央处理单元（CPU）与总线(BUS）CPU是微型计算机的核心，由运算器、操纵器与内寄存器组构成。
它对系统内的部件及操作进行统一的操纵，按程序中指令的要求进行各类运算，使系统成为一个有机整体。
总线（BUS）是信息与电能公共通路的总称，由物理导线构成。
CPU与存储器、I/O 接口及外设间通过总线联系。
总线按功能分为数据总线（DB）、地址总线（AB）与操纵总线（CB）。
３．２．２存储器(memory)(１)概述存储器用于存储系统软件（管理软件与操纵软件）与零件加工程序等，并将运算的中间结果与处理后的结果（数据）存储起来。
数控系统所用的存储器为半导体存储器。
（２）半导体存储器的分类①随机存取存储器（读写存储器）ＲＡＭ（random access memory）用来存储零件加工程序，或者作为工作单元存放各类输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息与堆栈用等。
全国高等职业教育示范专业规划教材数控技术专业国家精品课程配套教材《数控机床编程技术》课后习题答案董兆伟主编机械工业出版社第1章数控机床编程基础1.数控加工的过程如何？首先对零件图纸进行工艺性分析，根据零件的形状、尺寸和技术要求等，确定加工方案。
编制数控加工程序，输入到数控机床的数控装置中，数控装置对程序进行译码、运算和逻辑处理后，以脉冲的形式对伺服机构和辅助装置发出各种动作指令，伺服机构将来自数控装置的脉冲指令进行放大并转换成机床移动部件的运动，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件。
2.数控机床是由哪几个部分组成的？各部分的作用是什么？数控机床是典型的机电一体化产品，主要由程序载体、输入/输出装置、数控装置、伺服系统、反馈装置和机床本体等几部分组成。
⑴程序载体人和数控机床联系的媒介物(也称程序介质、输入介质、信息载体)控制介质可以是穿孔带，也可以是穿孔卡、磁带、磁盘或其他可以储存代码的载体，有些直接集成在CAD/CAM 中。
⑵输入输出装置输入输出装置是机床与外部设备的接口，主要有纸带阅读机、软盘驱动器、RS232C串行通信口、MDI方式等。
⑶数控装置数控装置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。
数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。
⑷伺服系统其作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。
其性能好坏直接决定加工精度、表面质量和生产率。
⑸检测反馈系统其作用是对机床的实际运动速度、方向、位移量以及加工状态进行检测，将测量结果转化为电信号反馈给数控装置，通过比较,计算实际位置与指令位置之间的偏差，并发出纠正误差指令。
⑹机床本体机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）所组成。
FANUC与SIEMENS数控系统的程序代码对⽐ FANUC与SIEMENS，是两种最常⽤的数控系统，它们有很多相似之处，但代码表达⽅式却不尽相同，本⽂通过各种常⽤编程指令的格式对⽐，为需要在两种格式之间进⾏程序转换的编程者提供⼀些应⽤参考，提⾼编程⽔平。
笔者公司多年来购买了许多种类的数控加⼯中⼼，最初主要以FANUC0i—MA系统为主，后来多为西门⼦840D系统，编程员就需要经常将原来的FANUC程序转换成西门⼦程序后再下发机床，经验较丰富的编程员可以很快地完成，但初次接触西门⼦系统的编程员经常将格式搞错，要么导致程序⽆法下发，要么加⼯中程序格式报警，下⾯笔者结合⾃⼰平时的编程经验，将两种系统放在⼀起，通过对⽐说明，以共同提⾼编程⽔平。
⼀、程序命名规则 FANUC数控系统机床将“WP1-CUXI”读取为程序名，字符串间⽤“-”连接；西门⼦机床将“WP1_CUXI”读取为程序名，字符串间⽤“_”连接，“MPF”表⽰为主程序，若为“SPF”则⾃动放⼊⼦程序⽂件夹。
此外，在任意程序段，需要书写字符串的地⽅都应遵循FANUC使⽤“-”、西门⼦使⽤“_”。
⼆、⼑具长度与半径补偿 FANUC程序需使⽤“H1”对⼑具T1进⾏长度补偿，使⽤“D1”对⼑具T1进⾏半径补偿，H值与D值分别存储在OFFSET⾯板的长度补偿与半径补偿栏。
⽽西门⼦程序只需在调⽤⼑具后移动⼑具前执⾏“D1”即可同时进⾏长度和半径补偿，西门⼦的“D1”表⽰的含义是“⼑沿1”，其在OFFSET⾯板中对应了⼀组⼑具长度和⼑具半径，每把⼑均拥有若⼲组⼑具长度和⼑具半径，即若⼲个“⼑沿”D1~D9（840D有9个，810D、802D有3个），⼀般⼑具都使⽤各⾃的D1即可。
需要特别指出的是，840D 每个⼑沿包含3个长度补偿值，通常“长度补偿1”保存当前加⼯平⾯（由G17、G18、G19决定）对应⼑具轴的铣⼑长度补偿值，不同⼑具种类3个长度补偿值含义不同。
数控机床的十大数控系统
数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。
今天小编就给大家介绍下数控机床的十大数控系统，大家一起来看看吧。
1、日本FANUC数控系统
日本发那科GS(FANUC)是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业，总人数4549人(2005年9月数字)，科研设计人员1500人。
(1)高可靠性的PowerMate 0系列用于控制2轴的小型车床，取代步进电动机的伺服系统;可配画面清晰、操作方便、中文显示的
CRT/MDI，也可配性能/价格比高的DPL/MDI。
(2)普及型CNC 0-D系列0-TD用于车床，0-MD用于铣床及小型加工中心，0-GCD用于圆柱磨床，0-GSD用于平面磨床，0-PD用于冲床。
(3)全功能型的0-C系列0-TC用于通用车床、自动车床，0-MC 用于铣床、钻床、加工中心，0-GCC用于内、外圆磨床，0-GSC用于平面磨床，0-TTC用于双刀架4轴车床。
(4)高性能/价格比的0i系列整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。
0i-MB/MA用于加工中心和铣床，4轴4联动;0i-TB/TA用于车床，4轴2联动;0i-mateMA用于铣床，3轴3联动;0i-mateTA用于车床，2轴2联动。
(5)具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i/21i系列控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。
其中FSl6i-MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。
16i最大可控8轴，6轴联动;18i最大可控6轴，4轴联动;21i最大可控4轴，4轴联。
数控铣床系统的分类
数控铣床的系统主要有冷却系统和润滑系统这两类。
①冷却系统。
数控铣床的冷却系统是由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等组成，冷却泵安装在机床底座的内腔里，冷却泵将切削液从底座内储液池打至出水管，然后经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。
②润滑系统及方式。
润滑系统是由手动润捐油泵、分油器、节流阀、油管等组成。
机床采用周期润滑方式，用手动润滑油泵，通过分油器对主轴套筒、纵横向导轨及三向滚珠丝杆进行润滑，以提高机床的使用寿命。
从数字控制技术特点看，由于数控机床采用了伺服电机，应用数字技术实现了对机床执行部件工作顺序和运动位移的直接控制，传统机床的变速箱结构被取消或部分取消了，因而机械结构也大大简化了。
数字控制还要求机械系统有较高的传动刚度和无传动间隙，以确保控制指令的执行和控制品质的实现。
同时，由于计算机水平和控制能力的不断提高，同一台机床上允许更多功能部件同时执行所需要的各种辅助功能已成为可能，因而数控机床的机械结构比传统机床具有更高的集成化功能要求。
从制造技术发展的要求看，随着新材料和新工艺的出现，以及市场竞争对低成本的要求，金属切削加工正朝着切削速度和精度越来越高、生产效率越来越高和系统越来越可靠的方向发展。
这就要求在传统机床基础上发展起来的数控机床精度更高，驱动功率更大，机械机构动静、热态刚度更好，工作更可靠，能实现长时同连续运行和尽可能少的停机时间。
今天的分享就到这里，希望对大家有所帮助。
第七章数控机床的控制系统概述学习目的：1．什么是数控技术、数控系统和数控机床，数控系统对机床的控制包括哪几方面？2．数控机床控制系统组成有哪些，他们的作用各是什么？3．数控机床的控制方式有几种，各有什么特点？4．数控机床的接口有几类，他们的接口规范是什么？第一节数控机床的控制系统一、数字控制技术简介1．数字控制技术数字控制（Numerical Control）技术，简称数控技术，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。
数控技术不仅用于机床的控制，而且还用于其它设备的控制，产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。
2．数控系统和数控机床用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。
数控系统中的控制信息是数字量，其硬件基础是数字逻辑电路。
最初数控系统是由数字逻辑电路构成的，所以也成为硬件数控系统。
现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能，所以成为计算机数控系统（Comouter Numerical Control），简称CNC系统。
计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的，具有真正的“柔性”。
数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。
顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。
数字控制是指机床进给运动的控制，用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。
数控系统与机床的有机结合称为数控机床，如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。
二、数控机床控制系统的组成序记载机床加工所需的各种信息，包括零件的加工轨迹、工艺信息及开关命令。
输入装置是将程序载体上的数控编码转换成相应的脉冲信息，传送并存入数控装置内。
输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统的运行。
常用的输入/输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和CRT显示器等。
数控系统原理图
数控系统原理图示如下：
[图 1]
该系统由主控制器、执行机构、传感器和输入设备等部分组成。
主控制器负责接收输入设备传来的指令，并根据设定的程序进行运算和控制。
执行机构则根据主控制器发出的信号，完成相应的运动和加工操作。
主控制器中包含算法处理单元、存储器和接口控制矩阵等部分。
算法处理单元负责根据输入指令和存储器中的程序，进行运算并生成控制信号。
存储器用于存储各类程序和数据，以供算法处理单元使用。
接口控制矩阵则负责将算法处理单元生成的信号转化为执行机构能够理解的形式。
执行机构主要包括主轴、刀具和工件夹持装置等。
主轴负责传动刀具进行加工操作，刀具则完成具体的切削或加工动作，工件夹持装置则固定工件，保证加工的稳定性和精度。
传感器用于检测执行机构的运动状态和加工过程中的参数，并将检测到的信号反馈给主控制器。
主控制器根据传感器反馈的信息，可以实时调整和控制执行机构的运动，保证加工的准确性和质量。
输入设备用于操作和输入加工程序。
例如数字显示屏、键盘和鼠标等。
用户可以通过输入设备选择程序、设定加工参数和操作方式等。
以上是数控系统的原理图说明。
FANUC 0TD1. 加工程序清单O002N010M3N015S1500T0101N020G96S150N025G00X65.Z0.T0101N030G01X-1.6F0.5N035G00X65.Z3.N040G71U2.R0.5N045G71P50Q115U0.4W0.2F0.4 N050G00X10.N055G01Z0.N060X18.N065Z-2.X20.N070Z-15.N075Z-30.X26.N080G03Z-35.X36.K-5.I0.N085G01Z-45.X36.N090Z-55.X45.N095Z-70.N100X56.N105Z-72.X60.N110Z-75.N115X61.N120G00Z30.N125X150.Z150.T0100N130G00X65.Z30.T0202N135G70P50Q115N140G00X150.Z150.T0200N145M05N150M022. 三维加工视窗3. 二维加工轨迹线FANUC 0MD1. 加工程序清单%N0001G40G49G80N0002G21N0003G91G28Z0.G28X0.Y0.G90G92X450Y250Z260. N0005M06T01N0006G00X0.Y0.Z150. N0007M3S800N0008M08N0009X10.Y10.N0010Z100N0011G01X20.F100N0012G42Y20.D1N0013Z50N0014X115.N0015X120.Y40.N0016X115.N0017G02X85.R15.N0018X57.268Y49.378R20. N0019X57.Y50.624R3.03N0020G01Y65.N0021G03X47.R5.N0022G01Y50.N0023G02X25.R11.N0024G01X20.N0025Y20.N0026Z50N0027G40N0028X10.N0029Y10.N0030G00X10.Y10.N0031Z150.N0032M05N0033M30%2. 三维加工视窗3. 加工轨迹线FANUC 0i T1. 加工程序清单N1T0101N2M03S400N3G00X6Z3G72W1.2R1G72P5Q15X-0.2Z0.5F100 N5G00x0z0G01x66Z-10X46Z-20Z-30G03U-8W-4R4G01X30Z-44N15X0N16G00Z80N17X100N18M05N19M302. 三维加工视窗3. 二维加工轨迹线FANUC 0iM1. 加工程序清单N10 G40 G49 G80 G17 M06 T01 N20 G54 G90 G0 X-80 Y-80 Z0 N40 M03 S800N50 M08N60 G99 G83 Z-30 R1 Q2 F200 N70 G91 X40 K4N80 Y80N90 G91 X-40 K4N100 Y80N110 X40 K4N120 G80 G90 G0 Z50N130 M05 M09N140 G91 G28 Z0 Y0N150 M22. 加工轨迹线3. 三维加工视窗FANUC 18iT 1. 零件图2. 加工程序清单N10T0101N20M03S100N30G01X75.Z0.F100.M8N50G71U2.R0.5N60G71P70Q140U0.4W0.2F0.4N70G0X20.Z0.N80G01X30.Z-5.Z-34.N90G02X38.Z-38.R4.N100G01Z-51.N110X50.N120G01Z-70.N130G01X60.N140G01Z-90.N150G00X100.Z100.T0100N160T0202N170G70P70Q140N180G0Z200T0200N181T0303N182G0X27.Z2.N182G76P051060Q100200N183G76X27.Z-34.P1083Q300F1.5 N184G0X150.Z200.T0300N185T0404N186G0X0Z5.N187G01Z-60.N188G01Z5.N194G0X150.Z200. N195M053. 二维加工轨迹线4. 三维加工视窗FANUC 18iM1．加工程序清单N01G54X0Y0Z100.0N02G90G00X-35.0Y35.0S800M03 N03Z-15.0M08N04G41G01X-10.0Y35.0D01F100 N05X0N06G02X30.668Y16.867R35.0N07G02X31.15Y15.603R5.0N08G02X25.502Y-17.628R43.65 N09G02X25.396Y-17.777R5.0N10G02X-25.396Y-17.777R31.0 N11G02X-25.502Y-17.628R5.0N12G02X-31.15Y15.603R43.65N13G02X-30.668Y16.867R5.0N14G02X0Y35.0R35.0N15G01X10.0N16G40G00X35.0Y35.0M09N17Z100.0N18X0Y0M05M19M303．三维加工视窗SIEMENS 801M03S100T01D01G00X100Z50R100=80R101=0R102=100R103=-100 R104=2R105=1R106=0.5R109=5R110=35R111=15R112=0R113=8R114=1LCYC97M05M22．二维加工轨迹线3．三维加工视窗SIEMENS 802ST 1．零件图2．加工程序清单主程序：T1D1M03S800G0X50Z2_CNAME="L42"R105=1 R106=0.3 R108=2 R109=7R110=1.5 R111=0.4 R112=0.25LCYC95R105=5 R106=0LCYC95G0X200Z200T1D0T2D1G0X40Z-43R100=38 R101=-45 R102=38 R103=-60 R104=1.5 R105=1 R106=0.2 R109=2R110=3 R111=0.975 R112=0 R113=4 R114=1LCYC97G0X100Z100T2D0M05M02L42.spfG1X0Z0G3X20.8Z-25.8K-15I0G2X31.6Z-39.5CR=8G1Z-45X35X38Z-46.5Z-58.5X35Z-60Z-65X39X42Z-66.5Z-75M023.二维加工轨迹线4.三维加工视窗SIEMENS 802SM1.加工程序清单主程序G54X0Y0Z10F100M03S100 R10=-15 R11=-9.06L1R10=15 R11=-9.06L1R10=0L2子程序：L1.SPFG0 X=R10+12.5-4 Y=R11G1 Z-6 F100G3 I=4-12.5G1 X=R10+8 Y=R11G41 D1 X=R10+4 Y=R11G2 I-4G0 Z5R1=4R2=90AAA:R3=R1*COS(R2)+4+R10R4=R1*SIN(R2)-R1G0 X=R3 Y=R11G1 Z=R4 F300G2 I=R10-R3G0 Z1R2=R2-1IF R2>=0 GOTOB AAAG0 Z10M17L2.SPFR1=35R2=15R3=0G0 X=R1+R10 Y=R11G1 Z-5 F100AAA:R4=R1*COS(R3)+R10R5=R2*SIN(R3)+R11G1 X=R4 Y=R5 F100R3=R3+1IF R3<=360 GOTOB AAA G0 Z5M172.加工轨迹线3．三维加工视窗SIEMENS 802DT1.零件图2．加工程序清单主程序：T1D1M03S800G0X0Z2CYCLE95("L18",1.5,0.3,0.3,0.2,0.2,0.2,0.2,9,0,0,1)G0X100Z100T1D0T2D1G0X32Z-30.5G1X27G0X100Z100T2D0T3D1G0X28Z-14CYCLE97(1.5,3,-16,-27.5,30,30,2,2,1.35,0.1,0,0,3,2,3,1) G0X100Z100T3D0M05M02L18.spfG1X0Z0F0.2G03X20Z-10CR=10G1Z-16X27X30Z-17.5Z-30.5X40Z-35.5G02Z-50CR=20G1X50Z-58Z-70RET3.二维加工轨迹线4．三维加工图形SIEMENS 802DM 1.程序加工清单M03S1000M06 T1D1N110 G17 G0 G90 G94 F2000G54 X0 Y0 Z20CYCLE71( 10, 0, 2,-11, 0, 0, 100, 100, 0, 6, 3, 5, 0, 4000, 11, 2) N125 G0 G90 X0 Y0N130 M302.加工轨迹线3. 三维加工视窗SIEMENS 810/840DT1.加工程序清单G94 G90 M03 S1000 F100 T01D01G00 X65 Z5CYCLE95 ("AA1", 1.000, 0.000, 0.000, 0.100, 100.000, 50.000, 80.000, 1, 0.000, 0.000, 1.000)S2000AA1G00 X100 Z100M30子程序AA1.spfG00 X47.349 Z2G01 Z0G03 X60 Z-35 CR=100X28.793 Z-71.289 CR=50G02 X13.73 Z-85.767 CR=25X16.905 Z-117.157 CR=80X32.134 Z-124.482 CR=10G01 X46.832 Z-126.044G03 X50 Z-128 CR=2G01 Z-131X61RET2.二维加工轨迹线3．三维加工视窗SIEMENS 810/840DM 1.程序加工清单M3S1000T01D01G0X0Y0Z20SLOT2 (10, 0, 5, -10, 10, 4, 40, 15, 0, 0, 25, 60, 0, 100, 100, 3, 3, 0.5, 2, 3)M5M302．生成加工的轨迹线3．三维加工视窗显示HNC21T1．零件图2.加工程序清单%0001M03S1000T0101G00X54Z1G01X54F0.2G71U1R1P1Q2E0.3 N1G01X10F0.1X19.95Z-2Z-33G01X30Z-43G03X42Z-49R6G01Z-53X36Z-65Z-73G02X40Z-75R2G01X44X46Z-76Z-84G02Z-113R25G03X52Z-122R15 G01Z-133N2G01X54G00X100Z50M5M23．生成二维轨迹线4．三维加工视窗HNC21M1.程序清单主程序：%0068N10 G54 X0 Y0 Z50N15 G90 G17 M03 S600N20 G43 Z-5 H02N25 M98 P200N30 G68 X0 Y0 P45N40 M98 P200N60 G68 X0 Y0 P90N70 M98 P200N20 G49 Z50N80 G69 M05 M30%200N100 G41 G01 X20 Y-5 D02 F300 N105 Y0N110 G02 X40 I10N120 X30 I-5N130 G03 X20 I-5N140 G00 Y-6N145 G40 X0 Y0 N150 M992．加工轨迹3．三维加工视窗。
