【正文】 .................................................................................. 10 車銑技術的主要特點 ...................................................................................................... 11 車銑技術的主要內(nèi)容 ...................................................................................................... 12 正交車銑運動學 ............................................................................................................. 12 車銑中的圓周刃、端面刃切削力 .................................................................................... 13 主要切削參數(shù)對圓周刃、端面刃切削力 .......................................................................... 16 3 薄壁回轉體靜力 分析 ................................................................................................................ 18 靜力分析 的基本概念 ....................................................................................................... 18 靜力分析的基本步驟 ....................................................................................................... 18 建模 ............................................................................................錯誤 !未定義書簽。例如內(nèi)燃機汽缸的汽缸套是內(nèi)燃機中磨損最嚴重的零件之一，也是決定內(nèi)燃機大修期的重要零件。又如某新型號炮彈，其材料為鋁合金，藥腔體直徑 200mm， 壁厚僅為 2mm，且腔體壁上還有一個 40mm 40mm 的方形通孔。所以，嚴格控制切削時的加工變形誤差是結構件滿足工作性能、裝配精度和工作可靠度等要求的基本保障。因此這兩個環(huán)節(jié)間的信息交流和反饋對加工尤為重要。 本課題旨在研究高速車銑薄壁件時的動力學特性對加工精度的影響、分析薄壁圓筒在加工時的受力，建立薄壁圓筒在加工時的振動方程，以及各個加工參數(shù)對加工變形的影響。這些研究雖然解決了一些加工中的具體問題，但一般是以過去的實踐經(jīng)驗為基礎，憑主觀推理應用到新零件的加工過程中。南京航空航天大學的王志剛等人與成都飛機工業(yè)公司張平等人 【 5】 合作在假設刀具為剛體的情況下運用 ARSYS 有限元軟件模擬了航空零件典型結構 —— 方框銑削加工的變形和刀具補償方法，根據(jù)定性的分析，假設了切削力的分布公式。西飛國際數(shù)控中心李應時 [8]在“準高速”切削條件下對某型機進氣道唇口口框零件從工藝的安排上進行了分析，解決了工件加工的變形問題。在歐美發(fā)達國家也是如此，一些個別的變形控制技術則是金錢難以買到的機密。但由于典型磁流變液的屈服強度約為100kpa,而這對柔性夾具來說是不夠的。該方法已被應用于法國雷諾汽車公司的 proactive 新款汽車齒輪箱部件的加工精度控制領域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。該模型考慮了因材料的去除而引 起的工件剛度降低的效應，同時對考慮刀具 —— 工件相互作用的柔性效應模型與不考慮該效應的剛性模型進行了計算比較和試驗驗證，發(fā)現(xiàn)對于柔性效應薄壁件模型具有很高的準確性，而剛性模型計算誤差最大可達50％。 Fuh 等人 【 15】 利用傅立葉級數(shù)展開方法研究了主軸轉速、刀具進給量、軸向、徑向切削深度與切削力的關系。從中可以看出，國外在工件的裝夾、工件受力變形及機床的 熱變形對加工變形的影響方面做了很多的研究。鋁合金密度適中、塑性好、耐腐蝕、易加工、價格低 ，一直以來都是航空航天工業(yè)的主要結構材料。 沈陽理工大學 學士學位論文 8 (2)．使用 ANSYS 對薄壁圓筒進行 靜力 分析。 沈陽理工大學 學士學位論文 9 2 車銑加工方法 車銑加工 的概念 車銑是利用銑刀旋轉和工件旋轉的合成運動來實現(xiàn)對工件的切削加工，使工件在形狀精度、位置精度、表面粗糙度及殘余應力等多方面達到使用要求的一種先進切削加工方法。切削速度由銑刀旋轉速度和工件旋轉 速度共同決定，其中銑刀旋轉速度是決定切削速度的主要因素，特別是在高速、超高速車銑加工中，工件旋轉速度對切削速度的影響可以被忽略。車銑不是單純的將車和銑兩種加工手段合并到一臺機床上，而是利用車銑合成運動來完成各類表面的加工。軸向車銑由于銑刀與工件的旋轉軸線相互平行，因 此它不但可以加工外圓表面，也可加工內(nèi)孔表面。 沈陽理工大學 學士學位論文 10 車銑技術的發(fā)展歷史 與其它科學技術 一樣，車銑技術的產(chǎn)生和發(fā)展與生產(chǎn)實踐是分不開的。目前，德國的 Aachen工業(yè)大學和 Darmstadt工業(yè)大學都設有專門從事車銑技術研究的研究中心。這些研究成果支持德國機床工業(yè)制造出了商品化的 CNC 車銑中心。近年來，有些科研人員對旋風銑削又進行了一些深入的研究，但這些研究工作主要集中于旋風銑削在螺紋加工中的實際應用 [27~51]。我國對車銑技術的研究已涉足各個方面，但總體上處于起步階段。 （ 3） 新材料車銑加工性的研究。 車銑技術的主要特點 車銑加工與其它傳統(tǒng)切削方法一樣，并不是所有零件的切削加工都適用于車銑技 術，它只是在一些特定條件下能夠充分發(fā)揮它的加工特點。如切削力比傳統(tǒng)切削可下降 30%，切削力的下降就意味著引起工件變形的徑向力有明顯下降，這有利于提高薄壁件和細長件加工的形狀精度，由于切削力小，機床和刀具承受的負荷小，也有 利于機床精度的保持。 沈陽理工大學 學士學位論文 12 (6)當采用高速車銑時，切削變形過程主要是絕熱剪切，故切屑和刀具帶走熱量較多，因此工件溫度相對較低，熱變形小。 (10)多刃切削切削過程平穩(wěn)，刀具磨損小，這對新型難加工材料和大型回轉體毛坯的加工十分有益。 (3)大型回轉體工件的高速、超高速切削。 車銑用銑刀與普通銑刀不同，由于車銑加工主要是用銑削方法加工回轉體，因此切削刃的前角、后角、刃傾角、主切削刃、副切削刃等主要幾何參數(shù)都不同于普通銑削。 車銑加工的編程是車銑技術的又一難點。由于正交車銑的加工對象主要為大型回轉體和長軸類 零件，所以銑刀的直線進給運動一般為軸向進給運動，而很少采用徑向進給運動 [7,8]。 （ 4）正交車銑理論運動方程的建立為車銑機床和 CNC 車銑中心的設計提供了 理論依據(jù)，是車銑工藝必不可少的理論指導。 如圖 給出了刀齒一次切削內(nèi)端面刃的切削力。R =100mm。 af =5mm。圓周刃切削力對整個刀齒切削力的大小起主導作用，并且圓周刃在切削后半程切削力迅速降低。R =100mm。 af =5mm。 39。 pa =3mm。切削深度的增大對端面刃切削力基本沒有影響，但圓周刃切削力卻成正比增大，而軸向進給量的增大對圓周刃切削力基本沒有影響，但端面刃切削力卻成正比增大。 39。 pa =1~2mm。 39。 pa =2mm。隨著銑刀半徑的增加圓周刃切削力明顯減小，端面刃切削力明顯增大，因此對徑向剛度較弱的零件進行正交車銑精加工時，使用較小的銑刀（其它參數(shù)不變，即切削線速度相應降低）更有利于提高零件的加工精度。 39。 pa =2mm。線性分析是指在分析過程中結構的幾何參數(shù)和載荷 參數(shù)只發(fā)生微小的變化，以至可以把這種變化忽略，而把分析中的所有非線性項去掉。 靜力分析可以分為線性靜力分析和非線性靜力分析，靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的。 在建模過程中必須指定彈性模量（或某形式的剛度）和密度DENS（或某種形式的質(zhì)量）?？梢允┘映灰萍s束之外的其他載荷，但他們都將被忽略。 TC4 薄壁件的靜力分析流程 。 薄壁件的材料屬性。正交車銑在切削過程中可以把銑刀刀刃上的切削區(qū)劃分為圓周刃切削區(qū)和端面刃切削區(qū)兩個部分，相應地刀齒所受的切削力也可分為兩部分，即圓周刃切削力和端面刃切削力。選取直接解法求解，不組裝整個矩陣，只是在求解器處理每一個單元時，同時進行整個矩陣的組裝和求解，并使用當前載荷步（ Current LS）開始求解。 由應力云圖可知，當薄壁回轉體的厚度分別為 、 、 1mm、 2mm、3mm、 4mm 時，回轉體承受的最大應力分別為 、 、 、 、 。在此基礎上分析了切削薄壁回轉體時根據(jù)切削力的經(jīng)驗公式和相應的 MATLAB 程序得出圓周切削刃力和端面切削刃力，由此施加相應的載荷在薄壁回轉體上進行靜力分析。 進行模態(tài)分析有許多好處：可以使結構設計避免共振或以特定的頻率進行振動（例如揚聲器）；使工程師認識到結構對于不同類型的動力載荷是如何響應的；有助于在其他動力估算中求解控制參數(shù)（例如時間步長）。 用模態(tài)分析可以確定一個結構的固有頻率和振型。另一個有用的分析功能是循環(huán)對稱結構模態(tài)分析，該功能允許通過只對循環(huán)對稱結構的一部分進行建模而分析整個結 構的振型。 對于方程（ ）的模態(tài)解 ??? 乘以任一常數(shù)仍是該方程的解，不同頻率的解的線性組合也是該方程的解，所以在求解中采用正則化的振型向量 ??? ，它們與質(zhì)量矩陣正交，滿足： ? ? ? ?? ? ??? ??? ji jiM jTi ,0 ,1?? （ ） 同時，還滿足與剛度矩陣正交，即 ? ? ? ?? ? ??? ??? ji jiM njTi ,0 ,2??? （ ） 剛度矩陣 ??K 的計算方法和靜力學分析一樣，但對于質(zhì)量矩陣 ??M 有兩種算法：一致質(zhì)量矩陣法和集中質(zhì)量矩陣法。但由于集中質(zhì)量矩陣是對角陣，故計算簡單，節(jié)省內(nèi)存和機時，因而使用更為普遍。這種解法直接生成一組 Lorczos 向量，對運動方程進行減縮，然后通過求解減縮了的運動方程的特征值問題，從而得原系統(tǒng)方程的特征解。 記 ? ? ? ? ? ?MKA 1?? 從方程（ ）至（ ）可得： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?11111 ????? ??? iiiiiii xxxxA ??? [A] （ ） ( i= 2, 3, ? r , 且 ? ? 00 ?x ) 將上式寫成矩陣形式，則有 : [A][X]=[X][T] （ ） 其中 ? ? ? ?? ? ? ?? ?rxxxX ?21? ? ?????????????????43332221????????T 引入原特征向量 ??r? 和 Lorczos 向量間的變換 沈陽理工大學 學士學位論文 28 ? ? ? ?? ?ZXr ?? 式中： ? ? ? ?? ? ? ?? ?rr ???? ?21? （ ） 將式 ）代如原特征值問題，再用 [X]T [M][K]1? 前乘，用 ? ? ? ?1??? r? 后乘方程兩端，并利用（ ）式和正交化關系式 [X]T [M][X]=[I]，得： ? ?? ? ? ?? ??ZZT ? （ ） 求解標準特征值問題（ ）式，得： ? ? ? ?? ? ? ?? ?rZZZZ ?21? ， ? ? ? ?idiag ?? ? （ ） 計算原問題的部分特征解 ? ? ? ?? ? ? ?? ?rr ???? ?21? ， ? ? ? ?1??? ?r （ ） 即： ii ?? /12 ? （ i = 1， 2， 3， ? r） 由于振動系統(tǒng)是一個自由的彈性體，因此系統(tǒng)具有剛體位移，故在求解特征值問題時需采用位移法，已知廣義特征值問題： ? ?? ? ? ?? ???? MK ? （ ） 將上