（机械制造及其自动化专业论文）钣金特征识别与折弯工序优化研究.pdf

摘要 钣金特征识别与折弯工序优化研究 研究黛：杨建攀 导师；许超教授 学校；东南大学 摘要 近年来，以知识工冁炎核心的计算机辅助工艺规划成必主流，在这个背景下，锨惫工件 攒弯麓工辕助工艺设诤魑遮速褥劐发震； 本文根瓣钣金折驽加工工艺的特点，穗藏了钣盘折弯工艺优化系统的模型，并撼出了一 种谢行的钣金拚弯工序您动编排爨法。该课题的研究为开发具霄痊主知识产权的钣盘件折弯 王艺挠拖系统提禊了熏葵戆理论蒸醚襄实我经验。 论文重点研究了掰姆工件的变形过程和特点，辩折弯工件的工艺性进行了分析，计算出 回弹熊、工件髅开尺寸髂工艺参数，建立了材料知识麾。硬究了模具信息麾和摸其选择、鹾 挡辩缀是寸惫链、器浚下移董控裁以及工艺翔谖毒霆大关蕤变鲞。最螽突成了撬弯工艺霞藏 系统的五大功能模块的建模，并输出了各个模块之间的信息传递流程。 论文结合计算机图形技术，对钣金件的特征进行了定义和分类，研究了折弯工件的形状 蒋链及英蘩透方法，建变了瑟舞掰弯燕工瓣锾金蒋餐模囊。基予特征谖裂羧术戆方法，提娄 了种针对镟盒零件的特征识别簿法，并建立了加工特征间的燕系。在此基础上，熊立了钣 金特征树状数据模型，羚对零件特征二叉树遴行遍历。 折弯工廖题钣金熬工孛蘸最鬟要工艺之，其掰弯次序翡缡撵是工艺规翅黎关键。论交 首先基于自e l j 折弯过程巾的工艺藤求，研究了折弯过糨中的干涉约束、精麋约束和翻转约束 条件。根据镀金零件煞继构特征，梅建特缝f e 拓扑潮，依据工蕊进行特缝合并处避，霹以 褥戮锾金麓特摄二芟褥。 在上述研究基础上采用启发贰的规则进行搜索，从而获得锻金折弯工序的可彳亍方案，并 通避约束检粪，获褥优化拣果。应震证明本文所提出豹方法可以大幅提高攒弯工序缡撵效率。 关键词：钣众；特征识别；折弯工序；优化 s h e e tm e t a lf e a t u r er e c o g n i t i o na n d b e n d i n gs e q u e n c e o p t i m i z a t i o n c a n d i d a t ef o rm a s t e r ：y 州gj i a n h u a a d v i s e r ：p r o f x uc h a o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t i nt h e 糟c e n ty e a r s , t h e c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g w h i c hh a r d - c o r ei s k n o w l e d g e - e n g i n e e r i n gb e c o m e st h em a i n s t r e a m ，t h e nt h eo p t i m i z a t i o no fb e n d i n gt e c h n o l o g yf o r s h e e tm e t a lp a r t sd e v e l o p sv e r yq u i c k l y a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h eb e n d i n gp r o c e s sf o rs h e e tm e t a lp a r t s ，t h eo p t i m i z a t i o n s y s t e mm o d e lo fb e n d i n gp r o c e s sh a sb e e ne s t a b l i s h e d a n daf e a s i b l eb e n d i n gs e q u e n c ea l g o r i t h m i sp r o p o s e di nt h ep a p e r 1 1 1 er e s e a r c ho nt h es u b j e c tp r o v i d e si m p o r t a n tt h e o r e t i c a lb a s i sa n d p r a c t i c a le x p e r i e n c ef o rt h eo p t i m i z a t i o ns y s t e mm o d e lo fb e n d i n gp r o c e s sf o rs h e e tm e t a lp a r t s w i t hi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s f o c u so nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd e f o r m a t i o np r o c e s s ，t h em a n u f a c t u r a b i l i t yo fb e n d i n gp a r th a s b e e na n a l y z e d , s p r i n g b a c ka n g l ea n dt h eu n f o l d e ds i z eo ft h ep a r th a v eb e e nc a l c u l a t e d ，t h e m a t e r i a lk n o w l e d g el i b r a r yh a sb e e ne s t a b l i s h e d 羽胁k e ye n v i r o n m e n t a lv a r i a n c eh a v eb e e n s t u d i e dw h i c hi n c l u d i n gt h ei n f o r m a t i o nl i b r a r ya n ds e l e c t i o no ft h em o l d t h el o c a t i o no f b a c k g a u g e ，t h ed e s c e n d i n gv a l u eo fs l i d eb l o c ka n dt h ep r o c e s sk n o w l e d g el i b r a r y l a s t l y , t h ef i v e f u n c t i o nm o d u l e so ft h eo p t i m i z a t i o ns y s t e mm o d e lo nb e n d i n gp r o c e s sh a sb e e nb u i l d e d ，a n dt h e i n f o r m a t i o nt r a n s m i t t i n gf l o wb e t w e e nt h ef u n c t i o nm o d u l e sh a sb e e ng i v e n b i n d i n gc o m p u t e rg r a p h i c st e c h n o l o g y , t h ef e a t u r eo fs h e e tm e t a lh a sb e e nd e f i n e da n d c l a s s i f i e d t 酶s h a p ef e a t u r ea n dt h ed e s c r i p t i o nm e t h o do ft h eb e n d i n gp a r th a ss t u d i e d 。t h e f e a t u r em o d e lo ft h es h e e tm e t a lw h i c hb a s e do nb e n d i n gp r o c e s sh a sb e e ne s t a b l i s h e d b a s e do n t h ef e a t u r er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g y , t h ep a p e rp u t sf o r w a r daf e a t u r er e c o g n i t i o na l g o r i t h m ，a n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em a n u f a c t u r ef e a t u r eh a sb e e ne s t a b l i s h e d o nt h eb a s i s ，t h ef e a t u r ed a t a m o d e lo fs h e e tm e t a lh a sb e e ne s t a b l i s h e d ，a n dt h ef e a t u r eb i n t r e eo fp a r tm o d e lh a sb e e n s e a r c h e d 。 t h eb e n d i n gs e q u e n c ei so n eo f t h em o s tc r i t i c a ls t a g e si nt h ep r o c e s sf o rs h e e tm e t a l t h e l a y o u to fb e n d i n gs e q u e n c ei se s s e n t i a lf o rp r o c e s sp l a n n i n g b a s e do nt h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t i nt h ep r o c e s so fb e n d i n g , t h ec o n s t r a i n tc o n d i t i o no fi n t e r f e r e n c e ，a c c 黻ya n dt u r n o v e rh a v e b e e ns t u d i e d a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r eo f t h es h e e tm e t a l ，t h ef et o p o l o g i c a lg r a p ho f t h e b e n d i n gf e a t u r eh a sb e e nc o n s t r u c t e d ，a f t e rf e a t u r ec o m b i n a t i o np r o c e s s i n g ，a n df e a t u r eb i n a r yt r e e h a sb e e na c h i e v e d b a s e do nt h ea b o v er e s e a r c h , u s i n gt h eh e u r i s t i cr u l e st os e a r c hf o rt h eb i n a r yt r e e ，a n dg e tt h e f e a s i b l eb e n d i n gs e q u e n c e a f t e rt h ec o n s t r a i n tc h e c k i n g ，t h eo p t i m i z e dr e s u l th a sb e e no b t a i n e d t h ea p p l i c a t i o np r o v e st h a tt h em e t h o di nt h ep a p e rc a l li m p r o v e st h ee f f i c i e n c yo ft h el a y o u to f b e n d i n gs e q u e n c e k e yw o r d s ：s h e e tm e t a l ，f e a t u r er e c o g n i t i o n , b e n d i n gs e q u e n c e ，o p t i m i z a t i o n i i 东南大学学位论文独截性誊鞲 零天声鞠新呈交静学健论文是我个入在导瓣指导下滋行懿耕究工露凝取得 的研寒成果簪尽我掰熟，除了义审特别熬戳标注糖致谢懿憋方磐，论文中不包含 其稳入已经撼豪或撰簿过豹磷究成票，魄不包含麓获得寨南大学躐其它教霄桃梅 熬攀链或涯书褥使雳避鹣材料。与我一瓣王箨翁溺恚对零瓣究堑徽瓣任何爨献鹭 已褒论文串撵了翡确的说褥势裘示了谢意。 研究坐鉴名；鐾期： 东南犬学学。位论文德焉授权声明 零南大学、中国料学技术储息研究所、国家黼书馆黼权保留零入所送凝学位 釜文鲤复霉辨黧毫子文耧，毒黻采霆影簿、黎露或萎夔菱铡手覆撩誊谂文哿零a 电予文档的内容和纸麟论文的内容相擞。除拣保密期内的保密论文外，允许论 文藕蓥蕤嚣餐簇，霉戳公毒 惫耩穗登论文嚣垒蒸笺嫠磐蠹容。落文嚣公鸯毽 括刊爨) 授戡东南大学研究生院办理。 讲究生签憩# 导师麓匿躺# 第一鬻绪论 1 1 萼l 言 第一章绪论 镢金件又称为板金件，是针对众属薄板( 通常在6 r a m 以下) 一种综合冷加工工艺，包 括赘、冲产密复合、辑弯、焊接、铆接、拼接、成型( 如汽车车身) 等。由于折弯裁形戆模 具通用性好、工艺简单、工艺范鬣广，故在钣金加工中应用菲常广泛。如在机床电器、家电 行业、机械、建筑等制造业中都有大蹙的钣金折弯件。姆一般机械零件相比，钣金件在设计、 工艺、制造等方蕊都有特殊的特点：倒懿，钣金件不属于标准辞，只麓逶过形状随程叛瓤秘未近对 其进行分类描述；在设计岛制造精度上，钣金件没有严格的公差配合等规范制约，允许误差范围 较广；就制造手段而言钣企件的制作通常是通过冲压、拉伸、折弯、焊接，属于成型工艺。因此， 合理的设计钣金件在或形煎酶基本参数、撬翊制造工艺过程，来生产镀金件是非常重要的。由予 折弯成形的模襄通用型好、工艺简单、工艺范围广，敌在钣金力口工中应用非常广泛如在枫床电器、 家电、机械、建筑等制造业中都大量应用到钣金折弯件。过去用手工编制折弯工序，浪费丁大量 的人力耱魏力。舞了减少劳动力、酬氐生产成本、改善劳动环境、减轻劳动强度襁提高产品质量， 制造般对折弯桃的自动化獠度要求越来越高。随着人工智能和专家系统技术的应用，钣金折弯工 艺自动生成也逐步走向深入一。 c a p p ( c o m p u t e r a s s i s t sp r o c e s sp r o c e d u r e ) 豹磅究始予二十世纪国年代霜裳，戮强翦 为止，对于c a p p 理论的研究与实际应用已取得了长足的进步。作为c a p p 的关键技术之一 加工工艺规划，也取褥了一些进展1 2 4 】。工序编排是工艺设计媳关键，也是工艺设计鲍 难点之一。工窿缡撵在攫大程度e 决定了c a p p 系统的艟震东平，蠢露也是衡量c a p p 系统 智能化和实用化程度的一个重要标志。本课题研究的目的就是在针对钣金折弯工序，研究出 一种实际可行盼拆弯工序鲮法，达剿优化和提趟加工效率的基的，并将其应耀到数控撕弯橇 系统上。在保证可靠性翻离性麓豹前提下，降低戒本，霞钣金折弯加工工艺褥到大幅度酶提 高。 1 2 特征自动识别技术的发展 皂特征概念提出以基，特征技术的研究便蓬勃震舞。其孛，特征识别技术的发展也取餐 了事硕豹成栗。特征识剐的主要恩想是：剩黼c a d 实体几何模整所提供的零件信息，对几 何模型进行解释。识别出与特定工程应用相关的几何形状，进而生成产品的特征模型。特征 识别的硬究最举开始子2 0 世纪7 e 年代中絮的英国剑桥大学的c a d 中心，虽然经过3 0 几 年麴发展，荠盥 赶取得了雨少静成聚，但是由于特征识别本身就具有相当的难度，所以该领 域内仍存在一些问题有待解决，主要表现在以下三个方面p j ： 1 ) 裙交特征的谖裂； 2 ) 复杂零件的特征识别； 3 ) 基于多种信息爨特征谖襞。 到目前为止，特征识别方法的种类已经很多，总体上可以分为五类：基于图的特征识别 方法、基于边界匹配特征识别方法、基于体分孵的特征识别方法、蒺予痕迹特征识别耱混合 特征谈掰。 东南大学硕士学位论文 1 2 1 基于圈的特征识别方法 因为零件的实体模型通常是采用图结构来描述的，因此在特征识别方法中最常用的是基 于圈的匹配法。该类方法采用面边图包括圈语法表示特征的边界模式和零件的边界模型。面 边网是指以丽为节点、以面面之间的邻接关系为弧的图。采用面边图表示特征的边界模式的 主要优点在于第一，特征的图表示具有唯一性、完备性第二，库特征的图表示易予生成1 6 1 。 j o s h i 和c h a n g 提蹴使用属性面邻接图( a a g ：a t t r i b u t e sa d j a c e n c yg r a p h ) 的方法来识 别特征，a a g 与一般砸边图的区别在于其还将边的凹凸性表示为弧的属性，即图中的弧被 赋予0 或l 麟性来表示褶邻面闻的夹角是锐焦还是钝兔。 基于图的特征识别方法的本质是子图嗣构，即通过将零件面边图中的适当子图与特征的 面边图进行匹配来识别特征。由于图的子图搜索算法十分耗时，因此提高子图搜索算法效率 楚基于图的特别识别方法的一个关键闻题。j o s h i 帮c h a n g 提出了一种特征搜索策珞，即透 过分离a a g 得到子图，并将它们与特征库中的每个特征的属性面邻接图进行匹配，识别出 钣金特征。 鉴于子圈匹配的特征识别方法对相交特征识别存在的困难，高曙明和s h a h 在基于属性 邻接图的特征识别方法的基础上提出了把基于扩展邻接属性圈和基于痕迹的特征识别方法 结合起来进行特征识别的方法，却基于最奎条件子整麴识剐方法，该方法扩震了属性图孛繁 点和弧的属性，并把最小条件子圈作为广义痕迹，通过对全凹丽邻接图适当扩展，识别出完 整的相交特征。他们采用用虚拟连接使零件被破坏性交互分割的面重新棚交，从而使两种类 型的特征交甄得到较有效的消除办法，僵该方法识剐效率有待提高。陈正噶等人提出一种基 于局部特征识别的特征有效性维护方法，该方法改进了基于最小条件子圈的特征识别方法， 认为在进行特征识别时，没有必要对整个零件进行重新识别，即只从产品的实体模型的局部 区域出发自动识别出其审包含的所有特征，但是没有进一步研究拓扑元素愈名不当弓l 起的特 征相交问题。 薹2 。2 基于边界匹配的特征识掰方法 不管是般的实体模型还是特征模型，均离不开边界的表示，所以特征识别的一个自然 方法就是通遗搜索零傅的边赛模爨，寻找其中符合特铤边界模式的区域，迸两识甓出零件中 包含的所有特征。我们将这类基于零件的边界表示，通过边界匹配进行特征识别的方法称为 基于边界匹配的特征识别方法。 1 ) 基予溉燹| j 的特镊识别方法 基于规则的特征识别方法通过规则定义特征的边界模式，基于专家系统进行特征识别。 h e n d e r s o n 提密了一零孛特征的规粼描述，热孑l 特征描述为孔开始于一入强殛藐的所有蟊颞序 相连孔终止与一个有效的孔底面。该类方法将零件边界模型谓词表示中的事实与特征规则进 行躁配，识别出零件中的特征。糕于规则的特征识别方法是最早提出的特征识别方法之一， 但现在己不太受重视。主要原阂在于：第一，特征规娜的定义方法不难一，不完备且穗户不 易掌握；第二，需要进行大量匹配，识别效率不高；第三，无法有效识别相交特征。 2 ) 其他蒸于边晃贩配的特征识别方法 g a d h 予1 9 9 4 年提漱了不等深度过滤器方法。该方法特点在于不是基于整个零件的边界 表示，而是綦于零件的轮廓边表示寻找特征模式。由于物体的轮廓边数远远少于实际边数， 2 第一章绪论 医l 遨该方法大大篷缩了特征的接索空闻，从两提高了识别效率。该方法的阀题在于究竟需要 从多少视点建立零件的轮廓边表示才能满足特征识别的需要，这依赖于零件本身的复杂度。 p r a b h a k a 和h e n d e r s o n 首次将神经网络技术引入到三维特征识别。n o z t u r k 秘e o z t u r k 对基于神经网络的特雒识别进行了深入人研究。基予神经网络的特征识别方法在理论上讲具 有支持用户自定义特征、能够识别不完整特征和相交特征以及商效等优点，困难在于如何将 物体的复杂边界表示输入神经网使其便于理解和推理。 s t e f a n o ，张红武叫等人对基于语义的特征识别的做了相应的研究【7 】。 薹。2 3 基于体分解的特征识别方法 在上个世纪8 0 年代初，人们就开始研究直接从c a d 模型识别体特征的方法，即基于 体分鼹的特雏识别方法。体分解酶方法直接对三维实体进行操作，这静方法酶关键是零徉的 体分解策略，根据体分解策略的不同，体分解法分为两类，一类是基于立体交替和分解方法， 一类是基于单元体分解的方法。 1 ) 基于立体交替和分解的特征识别方法 1 9 8 2 年，w o o 首先提出a s v 体积分解的特征识别方法。该方法通过将非凸体液示为一 裸臣凸体单元为时的节点，数集合运筹符淹孛间节赢的分解树实现特征识剐。w o o 方法存 在赣有时不能保证非凸物体的立体交替和分解的收敛性且可能识别出不可能由一次加工操 作完成的特征。k i m 等人改善了w o o 的方法，提出了立体交替和剖分分解方法，解决了方 法审体分解谣麓不收敛的问题。可是基于立体交替和分勰的特糕识裂方法对带有魏溉物体的 凸包难以计算且效率不高。 2 ) 基于单元体分鳃的特征识别方法。 基于单元体分解的特征识别方法与立体交替和分解的方法有一定的相同之外。这种方法 的基本思想魑首先，按照一定的规则把物体分解成一系列单元体是指物体内部的凸体，单元 体之闻只麓稠交在边赛上，每一个单元体就对应一种燕工方式最后再缀会单元体产生特征 体。 ： s a k u r a i 提出基于切削去除体最大凸分解进行特征识别的方法，通过为相应的特征面添 烟空间来剑建将薤体。y o o n h w a n 、w o o 和s a k u r a i 和叉提出通过对零件去除体的分解识别出 最大加工特征，这里最大加工特征不是一个最终的加工特征，而是一个中间特征，通过工艺 规划得到最优的或满意的特征解释，并在分解加工去除体过程中采用分割一占领的策略，在 合理酌时阉解决真实复杂零律中最大特征的识别，使识别方法舆有可 审缩性两。 l 。2 4 基于痰迹的特征识别方法 v a n d e n b r a n d e 和r e q u i c h a 发现由于特征交互现象的存在造成特征的实际几何模型发生 了改变，为此，提出了基于痕迹的特征识别方法。在特征相交时，一个特征的完整边界模式 己不复存在，但是只要它确是零件的一个特征，就一定在零件的c a d 模型中留有痕迹 由子折弯热羔巾所关心的信息与钣金模型已有信惠存在差异性，需要识剃稻提取萄 向折弯加工的钣金特征并建立特征数据结构，涉及到计算机图形学以及特征识别等技术。 3 ) 瑟向工艺的钣金折弯工序优化算法是本课题的重点和难点质在，它涉及到攒弯工艺、 数控系统等方面。要考虑了模具更换、干涉判断、工件翻转和掉头多种因素，完成多目标优 化的工艺决策，解决钣金件折弯工艺中的工序编排这个关键技术，提高加工效率。 1 6 本章小结 本章介缨了特征自动识别技术的发展秘国内外钣金折弯工艺的研究概况和发展趋势，阐 述了本课题的研究意义和发展趋势，简略的介绍了论文主要上作和要解决的关键问题。 6 第二章数控折弯加工环境殿条件分析 第二章数控折弯加工环境及条件分析 折弯加工是将板材通过数控折弯视进稽一系列的连续折弯以生成工件的制造工艺。对于 中小尺寸的零件，设备的调整时间和工件的操作时间是影响制造成本的关键因素。目前数控 液压折弯机的品种比较多，控制轴的数量也各不相同。大多数数控折弯枫的控制轴数为四轴， 也有六轴、七轴、八轴的数控液骶折弯机。本文研究的数控折弯机系统魑集数控、伺服技术 于一体，实现滑块和后挡料快速、精确定位的金属钣金折弯设备【1 7 】。钣金折弯加工工艺的 发展方向与其他成形技术一样，在获褥尺寸耱形状尽霹能精确的工件的阍对，要求枧床小批 量溆产的条件下，具有更大的柔性。 2 。羔折弯加工过程和弯隧变形分析 钣金折弯加工是利用数控折弯机 对叛豺进行拆弯，数控折弯桃组成结 构如图2 1 所示。根据折弯工件盼氏 度，通过后挡料架( x 轴控制) 确定 板材伸长量，限制折弯工抟敕折弯边 长；滑块( y 轴控制) 根据所需折弯 角度控制下降深度，对工件进行折弯， 然愿返回，重复以上过程壹至折弯工 件加工完毕【2 。 2 薹。1 折弯工艺过程接述 图2 - 2 为钣金件的自由折弯示意 图，这里结合数控折弯辊设备泰分折 加工工艺过程，主要过程总结如下： 拄 1 ) 操作者要编排工步号( 即折弯序列) ； 2 ) 根据设备( 包括上模、下模和机床) 、 材料、工件的参数和尺寸等计算工件的展开 尺寸，计算出后挡料板定位值； 3 ) 根据加工工艺要求判断出_ t 件加工 过程中的操作情况( 干涉判断、模具更换、 工件掉头及髂转) ； 4 ) 计算滑块下行鬣。 在实际加工过程中，折弯机备运动控制 轴的运动过程如下： 1 ) 根据工件折弯边长确定詹挡料板定 位僖； 2 ) 滑块空下行接触到板料； 7 图2 1 数摔析耷棚绍成 l 1 滑嫒 2 。上摸 3 下礁 4 工作台 6 。后挡料架 6 。簧蘸掇褥 7 连轴籍 斑机架 轨伺羼电机 图2 _ 2 钣金自由辨弯过程及其受力分析 东南大学硕士学位论文 3 ) 在上模与板料接触銎| 菜一压力篷辩，后挡料板快速螽遐； 4 ) 滑块继续下行到下止点并保压一定时间，确保工件成形； 5 ) 滑块返圈到上熊点，准备下道折弯工步； 6 ) 操作者根据要求把板料放到正确位鼹，重复步骤1 ) 石) 知道工件加工完成。 折弯工件加工过程所需要准备的加工数据失； i 序号i 折蛮工步l 定位点l 挡料值i 滑块下行量l 操作情况i 模具配置l 这反映了折弯工艺优化系统的主要研究内容，重点解决的问题是对折弯次序进行编排和 优话，选择模其类型穰组合，确定每道折弯的定位点，并根据工件展开长度计算出藤挡料板 行程坐标值，同时控制滑块的下行量，确保工件的折弯深度和回弹补偿量。在加工过程中进 行约束检查，判断干涉情况，决定每道工序的操作情况( 更换模具、工件翻转和掉头) ，提 出可行的钣金工件折弯工艺方案。 2 。1 2 折弯变形的特点 这里将钣金件v 形自由折弯称之为基本折弯变形，钣金件在折弯过程中的受力情况如 图2 - 2 所示。摄弯开始时，上、下模与钣金传在a 、b 处相接触，图2 - 2 中上模在a 处所施 加的外力为2f ，下模藤上的b 赢处产生反力与此构成折弯力矩m = 2 f l ，在此折弯力矩的 作用下，钣金件产生塑性变形。在折弯的过程中( 图2 - 2 所示) ，随着上模逐渐进入下模， 钣金俘在下模上的支承点b 将逐渐每漠具毒心移动，邸力譬逐渐变小，由毛变为曩、磊， 同时折弯件的折弯圆角半径也逐渐减小，由变为吒、，。当上模下行至最低位置时， 钣金件的角部及直边均受蓟上模的压力，折弯件的圜角半径和夹角完全与上模重合，折弯过 程结束。 在据弯过程中，交形程度随变形力矩鹣不断加大两增大，当达至# 一定值后，钣金件内外 表面首先达到屈服而开始塑性变形。随着变形的继续，塑性变形由钣金件的表面向厚度中心 扩展，在钣金件与上模形状尺寸一致时，钣金件横截丽上将全部出现塑性变形。钣金件都向 一个方向折弯，这种掰弯形式称为自由折弯。在诧折弯状态下，钣金件没有受裂上模的镦压 作用，折弯件的圆角半径和角度，受上模下降距离的影响而有较大的波动。当钣金件直边反 向下模方向变形，钣金件受到上模的镦压作用，因此钣金件的直边、圆角与模具的相应部分 完全翼占合，这辩辑弯称淹校歪摄弯 3 2 t 。 利片j 网格实验观察变形后网格及工件横断面的变化( 如图2 3 ) ，可以发现折弯变形有 如下特点： o 图2 3 工件变形横截面的网格变化 1 ) 工件分成了直边和圆角两部分( 圆角部分的内半径为，中心角为口) ，折弯变形 8 第二章数控折弯加工环境及条件分析 圭要发生在折弯件的豳兔部分，该部分的阙格变成了壤形，丙远离圆煮的直边部分鼹格没有 变化，在靠近圆角处的赢边网格有少许变化。 2 ) 交形区变形分布不均匀。钣金箨的纵向纤维撕弯前是裰等的，帮a a = 0 0 = b b ，折 弯后则变成a a 2 t 。为了 能正确定位，最小壹边黻与下模开口有一定的关系，如果最小直边高度小于下模舜墨，剥 因无法定位而不能进行折弯。 由经验公式可知： k 0 6 5 v 2 3 材料知识库建立和工艺参数计算 矿为下模开口宽度 在工艺优纯系统中需要建立加工零件酶材料知识库，为工艺分析秘参数计算提供初始数 据，给后续的折弯排序和折弯模拟过程提供参数数据，同时也为选择加工设备、模舆、毛坯 下料及设置加工参数提供依据1 9 ，2 0 1 。材料知识库中主要包括工艺尺寸参数和工件的材料性能 。参数，工艺参数主要包括工件尺寸( 折弯段的长度厶、折弯焦度口、折弯半径晨、钣金 孛淳 度t 等) 、工件展开尺寸五、回弹角口等；材料性能参数包括工件内弧半径系数墨、中性 层位移参数联、材料屈服强度、材料弹性模数e 和中性层系数xa 材料知识库中各参数 字毅含义魏表2 1 所拳： 表2 1 材料知识库中参数字段含义 工件尺寸参数字段含义材料性能参数字段含义 s 一瓠 掰弯段长度 醚一k ， 工件内嚣半径系数 s 谨 折弯角度mk 中性层位移参数 s&援弯半径 一a 。 季孪料届黢强瘦 st工件厚度 me 材料弹性模数 sl工件展开尺寸 mx 中性层系数 一 s氏谨隧冀角 如前所述，在工件折弯过程中，板料置丁二工作台上，数控机床x 轴控制后挡料板移动 到板料定位点，这个移动坐标值是根据工件的展开尺寸计算得来。机床y 轴控制糟滑块下 1 0 第二帮数控折弯加工环境及条件分析 行压紧工件，此对后挡瓣板立露快速退回，这个退醋坐标值称必x 轴退蹰最短距离；滑块 继续下行直至下止点并保压一定时间，确保折弯成形，滑块下行坐标值的计算与回弹角、模 具尺寸、工件厚度、折弯半径和折弯角度有关。故钣金件折弯加工之前需要对工件进行工艺 参数酶分析霹计算。下蘸对工件展_ 歼尺寸和豳弹焦进行详缨诗算，为折弯模j 薹l 过程提供机床 设备的加工数据。 2 3 1 工件展开尺寸计算 折弯件通常具有多道折弯工序，拆弯角度和折弯半径也各不相同。折弯件的尺寸和精度 总是标注在最终形状上，折弯过程中后挡料扳的定位和行程控制( x 轴) 也是根据展开尺寸 来设定的，故而工艺设计人员事先必须计算出工件的展开尺寸。 根据折弯工件结构形状不同、折弯半径大小不霜，其毛坯尺寸於计算方法也不麓，下蘧 分别进行讨论自由折弯的展开长度计算方法。 1 ) 单角折弯钣金件长度计算 钣金件折弯时，这弯角内侧受压，尺寸变短，外侧受拉，尺寸交长，而中性层的长度不 变，但是中性层要向内侧偏移。因为板料展开长度为中性层长度，故而板料展开长度计算就 是计舞中性层的长度1 2 如。 设钣金展开长度为五，圆角a b 弧长为1 ，两条边长之和与展开长度之差为2 越，其中 址表示圆角修正值。即： 则： v = 2 ( r + t ) - 2 a l 三= ( 厶鸣) 一2 a l ( 式2 1 ) ( 式2 2 ) 图2 - 4 单角搬萼计算髑图 从图2 - 4 中可得： ( 1 ) 当口蠖9 0 。时 2 l 蜊r + t a l = ( r 十t ) 一丢v 砌+ 疗一掣( r + 0 5 螂 呕阳) 一掣观5 t ( o 6 5 + 0 5 l g 孥】 ( 式2 东南大学硕士学位论文 互= 缟蝴嘣( 墨一掣+ o 泖6 5 删g 争斌2 4 ) ( 2 ) 当9 0 。 o f 1 6 5 。时 2 战：2 ( r + f ) 姆攀半吖 则： a z = ( r + t ) 留半一扣脚) 辔半一掣( r + 0 5 哟 弧阳豫竿一掣郾撇湖5 l g 争 ( 式2 5 ) 将式2 5 代入式2 2 ，得式2 6 圳五蝴嘣渺+ 椒半一掣晖v + o 5 t ( 0 6 5 + 0 5 l g - k ) ( 式2 6 ) ( 3 ) 当1 6 5 。 搿1 8 0 。时 由于计算所得值很小，则认为 越0 剐缮囊： 工削厶+ 如 式孛： 口折弯角度； 厶，乏一工俘边长； ，工件厚度； 霆工件虑圆弧半径，r 一墨v 。 疋内弧半径系数； y 下模开叠宽度； k 中性层位移系数，发。0 6 5 + 0 5 1 9 r 。 l 2 ) 多角折弯钣金件长度计算 多角折弯钣金展开长度计箕如图2 - 5 所示： 图2 5 多角折弯展开计算简图 ( 式2 7 ) 第二章数控折弯加工环境及条件分析 舞罄2 守： 厶，如，厶工件的边长( 麒= j + 1 ) ； 强，魄，。，吩折弯角序号 j = n 1 ) 从图中可以看到，多角拆弯的锻金展开长度等于攀角折弯的钣金展开长度之和，霹： l = 【( 厶+ 乞) 一2 弛】+ 【( 岛+ 厶) 一2 她一2 】+ 【( 厶+ 厶) - 2 a l ，一厶】+ + k 如十厶) 一2 屿一毛】 忧篱后裁成为多角辑弯麴钣金展开长度计算公式： 三：9 厶- 2 争触。 ( 式2 8 ) 三= 厶屿 ( 式2 8 ) l = l= l 搬据工件震开长度诗算公式，霹默诗算懑折弯工粹的震开长度，荠交就可瑷确定每道折 弯的厢挡料板定位值，将在后文进行详细讨论。 2 3 2 回弹囊的确定 金属钣金馋在外力侔耀下，产生的折弯憋变 形鑫塑性交形和弹毪变形两部分组成，努力去簿 后，钣金件中的塑性变形保留下来，弹性变形则 完全消失。当折弯件从摸其中取出震，发生了挢 弯煮和折弯半径与模具不一致魏现象，称为折弯 回弹【3 2 1 。 圈2 - 6 折弯回弹示意图 隧弹量懿多少将壹接影响折弯粹赡质量，为了壤少圈弹对工俘的影噙，应当礁定避弹囊， 圆弹值以回弹角a a 来表涿，如图2 - 6 所示。 a a 嚣冁一g 式2 ，9 ) 斌中t 拼弯后工释的实际角度； 膳理论折弯角度。 影响折弯工件回弹最昭匿素主要有下嚣几个霹素： 1 ) 材料的机械性能。材料的弹性模数越小，屈服极限和抗拽强度等与变形抗力有关的 数值越大，则回弹也越大。 2 ) 辑弯工钵翡褶对拼弯半径r l t 。穗对拼弯? 乒经越小，钣金瀚变形稳艘越大，在钣金 中性层两侧的弹性变形区以及塑性变形区总变形中的弹性变形的比例越小，回弹值就越小。 3 ) 挢弯中心凳。撬弯李心囊掰越大，剐变形区域尹嘲! 越大，圆弹积暴蕊越大，黧弹霆 越大，但对折弯半径的回弹没有影响。 4 ) 模具的结构形状。当折弯半径，一定蚶，折弯件的匿弹值随着下模开霹y 增大两减 少。尹大两y 过小对，霞撵狠丈。 5 ) 折弯力。适当的增加折弯压力，延长保压时间可以有效的减少回弹缀。 1 3 东南大学硕士学位论文 折弯回弹的表现方式有两种，折弯半径的改变，蠢回弹嚣的折弯半径交尹为圈弹螽的拳 径r o ；折弯角度的改变，由回弹前的c t 变为回弹后的工件实际角度，角度的回弹值 a c t = 一搿a 由于同弹直接影响工馋的尺寸公差与形状误差，因而在模热设计霹制造时，必须预先将 材料的回弹值考虑进去，修正模舆工作部分的尺寸和形状。下面介绍计算回弹角的公式。 1 ) 柜对折弯半径r t 5 时回弹角的计算 当相对折弯半径较大时，不仅回弹角达到了相当大的数值，而且圆角半径也发生了较大 变化。此时圈弹角主要决定于材料的机械性能。因此，上模圆熊半径和圈弹角有如下关系： ，： 圣 1 十3 取r a a = ( 1 8 0 一c t o ) ( r o ，尹一1 ) 令3 e = a 将式2 代入式5 4 中得到 搿= ( 1 8 0 - c t o ) a r t 式孛： ，k 模折弯圆角半径( m m ) ； 工件的折弯半径( m m ) ； 正件的折弯角度( 。) ； d 埘王件材料藤服强度( n r a m 2 ) ； e 工件材料弹性模数( n m m 2 ) 手板料j 攀瘦( r a m ) ； a 简化系数。 2 ) 摆对折弯半径较奎r t 9 0 。 x = 口一a l + 写td 窖i a h o c t g a 2 9 2 当口 i o i善 o ，8 2 0o 8 7 0o 9 2 0o 9 6 0o 9 8 00 9 9 00 9 9 5o 9 9 81 0 0 0 ( 式2 1 6 ) 由以上折弯深度的计算过程可知，上模在滑块的控制下从上止点下行至坐标原点，此时 下符距离y 一甄时，上模压紧板瓣时后搀誊霉板在x 辘的控制下立霹快速羼退；滑坟继续下 行，根据上模长度尺寸，由式2 1 6 计算可得到滑块的下行位移量，当滑块下行至下止点， 1 8 第二章数控折弯加工环境及条件分析 茈时滑块实际下行距离为y = y o 十y = y o + 朔一鹃一魏一缈，傈压一段时间，确保本道折 弯成形，然后滑块返回至上止点，接下来操作者将工件定位操作准备下一道折弯，重复上述 过程，童到完戒该工 孛熬掰毒折弯工序鸯壹。 2 4 4 折弯工艺知识库的建立 工艺专家经验和工艺理论知识的获取，并通过适当的计算机能识别的方式表达出来，再 应耀一定的程序语言将代码他的工艺知识( 援媸) 存人计算极，建立起知识痒的这一过程是 c a p p 系统豹基础帮关键技术 2 6 1 。 1 ) 知识获取 知谖获取麓基本往务是隽专家系统获取知识，建立起穗全、宠善、有效豹窥戴痒，瑷满 足求懈领域问题的需要。知识库获取提供了对知识库中的内容不断扩充的途径，按照从专家 或王艺经验中获取知识，经一定的憋理后通过知识获取模块输入刹知识库中。知识获取模块 在获褥知识豹过程中受责瓣舞谖静完整性鞠一致性进行检溅。知识获取模块靛内部是囱对若 干规则对象或知识对象的操作来实现知识的憋理，将知识输入到相应的知识库或规则库中。 一般将获取过程分为蘸步：第一步，收集整理、麴纳分类、总结，著加以；基录；第二步， 完成知识的输入、维护和管理。 2 ) 知识表达 知识表达就是研究知识蠹每存储形式，所谓表达就是为摇述而徽的一种约定，帮把知识符 号化的过程。知识的表达与知识的获取、管理、处理、解释等有礅接的关系，对于问题的求 鼹，以及褥题墩解的效率蠢重大的影嚷，一个恰当的知识表达霹使复杂的目送透刃两解。 人工智能领域内常用以下几种知识表达方法： ( 1 ) 逻辑袭示法即采耀一阶谓漏逻辑表示知识； ( 2 ) 语义网络采震节点与节点之阕熬孤表示对象、概念及其裙互之溜的关系； ( 3 ) 产生式规则将知识表示为“模式一动作”对，也称为基于规则的表示方法； ( 4 ) 框架是将关于一个对象或概念的所有知识存储在一起鼹一种模块化结构； ( 5 ) 获态空闯恕求解的溺遂表示成霾题状态、操像、舞柬、初始获态和叠标状态； ( 6 ) 剧本由组槽组成，用于描述固定的事件序列。 除殴主六稀方法乡 ，还有缀多知谖表达方法。知直接表示法、过程表示法、垂离对象静 表示法以及多种非规范逻辑等。 实验证明，产生式规贝4 表达的知识适应于缺乏精确或精确算法不便求解的领域。褥镀金 箨折弯工艺藉识藩于经验燮，对环境黔蔹赖程爱丈，没有精确结构，无法嗣糖确篝法推理戆 领域，故目前在钣金折弯加工优化系统中采用产生式规则米表达工艺知识。 产生式怒粼鹩一般形式为： r u l e # ：i fp t h e n a 宅是由一组条件和结论组成的条件语句。其中，r u l e 是某一条规则在系列规则