论文总字数：14415字

摘 要

随着数控加工水平的日益进步，加工的零件的形状也越来越复杂，由此也带来了很多问题。在加工时，加工出的复杂构件有可能会与设备以及机床本身发生干涉碰撞。本文以数控弯管机为例，用CATIA软件创建出数控弯管机的三维模型，各个零件建模完成后把它装配成完整的机床并验证干涉情况。运用DMU运动仿真模块仿真出管材弯曲的加工过程，并用ABAQUS有限元分析模块分析弯管弯曲过程时的应力分布。

在研究这个课题时，先建立出三维模型，然后对其进行相应的运动分析，在建立三维模型上进行仿真分析，在弯管成型过程中，采用有限元分析软件对其进行应力以及应变的分析。在对管材的有限元分析步骤之后，可根据应力分布情况对其进行分析并在制造以及装配过程中对其优化。

关键词：干涉、弯管、CATIA、ABAQUS、有限元分析

Abstract

With the increasing progress of CNC machining, the shape of the processed parts is becoming more and more complicated, which also brings many problems. During processing, the processed complex components may interfere with the equipment and the machine tool itself. This article takes the CNC pipe bending machine as an example, and uses the CATIA software to create a three-dimensional model of the CNC pipe bending machine. After the modeling of each part is completed, it is assembled into a complete machine tool and the interference is verified. Using the DMU motion simulation module to simulate the bending process of the pipe, and the ABAQUS finite element analysis module to analyze the stress distribution during the bending process of the pipe.

When studying this subject, a three-dimensional model was established, and then the corresponding motion analysis was carried out, set on the established model of the pipe, and the stress situation was analyzed using the finite element analysis function to obtain a stress cloud. After the finite element analysis step of the pipe, it can be analyzed according to the stress distribution and optimized during the manufacturing and assembly process.

Key word：Interference；elbow；CATIA；ABAQUS;finite element analysis

摘要 1

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题的来源及设计目的 1

1.2 研究背景 1

1.3仿真分析概述 2

1.4 研究内容与研究方法 2

1.4.1内容设计 2

1.4.2设计方法 3

第二章 基于CATIA的数控弯管机建模 4

2.1 CATIA介绍 4

2.2数控弯管机主要零部件的三维模型 5

2.2.1 数控弯管机 5

2.2.2 经济性分析 5

2.2.3 数控弯管机的建模 6

2.2.4数控弯管机零件 7

2.3 数控弯管机的总体装配 11

2.4 基于CATIA环境的数控弯管工艺仿真 14

2.5模拟过程 20

第三章 有限元分析 23

3.1 有限元分析方法 23

3.2 有限元模型仿真设置过程 24

第四章 总结 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1课题的来源及设计目的

随着加工技术的发展，用于生产过程的零件的精度要求越来越高，在其加工中，其与设备以及地面会发生干涉。本课题是以数控弯管机作为研究对象，因为随着弯曲头数的增加，管材的结构会越来越复杂，其干涉的可能性也大大增加。所以在本文中要对其进行弯管的加工仿真，同时对弯管的弯曲段进行有限元分析。本文采用CATIA软件来建模，建模完成后对其实现DMU模块来进行运动仿真，在每完成一步干涉分析后都可以进行CATIA中的干涉模块分析，利用该模块进行每一段运动的干涉情况，诸如弯曲段以及机床设备的干涉情况，自动生成仿真报告。借此来优化加工过程，可以减少人力成本以及提高生产效率，大力提高弯管质量与产量以满足市场需求。

本课题研究的目的：本课题希望通过对数控弯管机的建模以及数控弯管弯曲加工时干涉分析了解复杂构件在成型过程中是否与机床以及设备发生干涉，通过数控仿真模拟加工过程，优化工序，提高生产效率。

1.2 研究背景

高精度的机械制造是一个国家发展的基础，机械加工是一个国家的基础产业。机械加工需要做到高效率，高速度和高精度，这三个目标也代表了机械制造的水平。随着制造业的竞争日益激烈，国内外学者都在重点研究复杂的数控加工技术。数控加工是目前加工的主流，它具有很多普通加工没有的优点，比如自动化程度高等特点。

干涉在通常意义上指刀具或者管材在加工过程中与机床设备发生碰撞，这会导致加工区域中的误差过大。通过使用先进的数控编程软件和合理的工具选择，以及对五轴数控软件的连续优化基本上避免了局部干涉。

为了避免这些破坏，本文中采用计算机仿真加工过程来研究干涉的问题。所谓的CNC加工实际上是在使用3D图形技术的计算机上模拟CNC加工过程。 用计算机模拟加工过程可提高刀具路径验证的效率，并具有敏捷性、直观性和灵活性的特征。用计算机来仿真加工过程可以降低损耗、节约成本，还可以解决操作安全问题，除此之外，因为数据编程程序繁杂故不易检查，数控仿真系统可用于验证既定情况。 此外，计算机模拟还可以确定处理路径。观察其是否完整，避免在加工中出现干涉仿真等因为工艺或者程序问题产生的异常现象，提高效率以及安全性。

在加工之前输入需加工零件的尺寸进入编程系统，电脑可以自动生成编程信息，运用三维技术可以减少效率低下手工编程的繁琐工作。此外，加工仿真技术可用于检测工件的过切、欠切、碰撞干涉和其他问题。操作员可以进行调整以执行错误分析工作。经过完整有效的验证，在CNC机床上完成加工零件可以节省成本并提高效率。

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