【正文】 72 是共同適用的。 于是 可得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為： 4 65。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 圖 54 外罩車零件圖 定位基準的選擇 由零件圖可知，孔 ?10 0+，外圓 ?18? 0 對 ?60 0+要求，其設(shè)計基準為內(nèi)圓 ?60 0+，為了盡可能減小定位誤差，應(yīng)選擇 以內(nèi)圓 ?60 0+。 在本次夾具中， 夾緊力主要受切削分力 Fc的影響， 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 Fc = CFcapxFcfyFcvFcKFc 其中： CFc = 2795 , xFc = , yFc = , nFc = ? , ap = , f =, vc = 45, KFc = 所以 Fc = 2795 45? = （ N） 在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 定位誤差分析 （ 1）基準不重合誤差 定位基準和設(shè)計基準都是內(nèi)圓 ?60 0+，故基準不重合誤差?B= 0。每天查閱各種 文獻、 資料， 收集很多有關(guān)有限元分析的例子， 運行 DEFORM3D 軟件， 坐在電腦面前畫 CAD 圖。 對于這次的車削鈦合金有限元仿真，主要是對切削力的仿真，通過和實驗的對比，得到仿真的可靠度。在設(shè)計夾具時，雖然課本的知識都能注 意到，但和工廠在使用的夾具相比，還是感覺自己設(shè)計的夾具過于簡單，夾緊裝置還是手動夾緊，不能有效提高 勞動生產(chǎn)率，不能確定夾具在實際工作中所有可能出現(xiàn)的磨損情況，不能確定夾具的使用周期。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計論文 39 謝 辭 對于這次的畢業(yè)設(shè)計，我要特別向我的指導老師李彬老師表示由衷的感謝。 大學三年內(nèi)，得到了很多老師的教誨和幫助，他們?yōu)槲掖蛳铝藱C械專業(yè)知識的基礎(chǔ)，傳授我 做人準則。 最后我要向在百忙之中評閱本文的各位老師表示由衷的感謝，并感謝母校 — 洛陽理工學院對我的栽培。 作為機制七班的一員，同班同學在生活和學習上的互助，使我有了一個充實的大學時光。每周都幫助我們解決遇到的難題， 指定設(shè)計進度，修改制圖中的錯誤。 為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。在對車床 和夾具 的設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)了自己以前所學知識的薄弱環(huán)節(jié)。 在收集有限元分析資料的過程中，使我學到了許多大學課本以外的知識，開闊了 有限元領(lǐng)域的眼界，深刻認識到自己知識的淺薄。 （ 3） 故 ?D= ?B + ?Y= 即最大側(cè)隙能滿足零件的精度要求。 其中： K1為基本安全系數(shù) ； K2為加工性質(zhì)系數(shù) ； K3為刀具鈍化系數(shù) ； K4為斷續(xù)切削系數(shù) 。底面限制了零件的三個自由度，側(cè)面削邊銷限制了零件的沿軸的轉(zhuǎn)動，限制了一個自由度，故共限制了六個自由度。 ic2 = 1/4為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為 21； 于是得 得軸Ⅲ兩聯(lián)動齒輪的齒數(shù)分別為 70,21；得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為35,84。即 可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為： 3 4 42。 最后，在圖上補足各連線，就可以得到如圖 52那樣的轉(zhuǎn)速圖。 隨后決定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速。 中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從電動機軸開始往后推，也可以從主軸開始往前推。加上電動機軸共 5軸。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。 繪制轉(zhuǎn)速圖 （ 1）選定電動機 一般金屬切削機床的驅(qū)動，如無特殊性能要求，多采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 在可行的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案 a、 b、 c、 e 中， 還要進行比較以選擇最佳方案。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 在檢查傳動組的變速范圍時，只需檢查最后一個擴大組。在這些方案中，可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。這就是“前多后少”的原則。所以一般少用。 確定極限轉(zhuǎn)速 根據(jù)鈦合金的特點，設(shè)計主軸的最低轉(zhuǎn)速 nmin =30r/min, 最高轉(zhuǎn)速nmax=1320r/min，變速范圍 Rn=nmax/nmin=44。除去硬件的原因和人為的操作誤差，這個結(jié)果是完全可以接受的。因此，切削力的預(yù)報是否與試驗結(jié)果吻合，直接決定著仿真模型的可靠性和可信度。這是由于當切削深度增加時，產(chǎn)生的熱量成比例的增加，使切削溫度上升；但隨著切削深度的增加，散熱面積也成比例的增加，所以切削深度對切削溫度的影響不大。但隨著進給量的增大，單位切削力和單位切削功率將減小、切除單位體積金屬所產(chǎn)生的熱量也隨之減小。由于第一變形區(qū)和第二變形區(qū)的熱量向工件和切屑內(nèi)部傳導需要一定的時間，因此，切削速度增大使切削熱大量地積聚在切屑底層而來不及傳導出去，從而使切削溫度升高。圖 44 顯示了在形成穩(wěn)定切削時，工件溫度變化的分布情況和最高溫度的顯示。同時切屑與前刀面，工件與后刀面之間消耗的摩擦功，也將轉(zhuǎn)化為熱能，這是切削熱的另外一個來源。 圖 41 切削過程模擬示意圖 圖 42 和圖 43 為任意一種切削條件下，形成穩(wěn)定切削后切削力的變化曲線。當切屑開始成形以后，刀、 屑之間的接觸長度基本不在變化，切屑不斷平穩(wěn)地產(chǎn)生和流動，切削力也就趨于穩(wěn)定，不再線性增加，切削過程進入穩(wěn)態(tài)階段。因此，研究切削力的規(guī)律和計算方法，分析切削溫度和刀具應(yīng)力的大小有重要的理論和現(xiàn)實意義。在眾多指標中，切削力、切削溫度是反映材料切削性能的主要指標，在科研生產(chǎn)中也是最為常用的，特別是在鈦合金的切削中，這幾個指標尤為重要。增量步長的大小就直接影響到有限元求解的精度和效率。在工件發(fā)生塑性變形過程的任一瞬時，工件外表面可以分為自由表面和接觸表面兩個部分，自由表面上的質(zhì)點由于塑性變形會與刀具表面接觸，而接觸表面質(zhì)點也可能會與刀具表面分離。刀具的切削速度設(shè)置為沿 Y 軸方向，具體數(shù)值以實際情況而設(shè)定。 速度邊界條件的確定 切削加工時，刀具是固定的，工件旋轉(zhuǎn)，但在我們的有限元模擬中，我們只是截取工件很短的一部分來模擬。幾何準則主要通過變形體的幾個尺寸的變化來判斷分離與否；物理準則主要是基于制定的一些物理量的值是否達到了臨界值而建立的。 切屑的分離標準設(shè)定 與一般的塑性成型不同，切削加 工 是一個使被加工材料不斷產(chǎn)生分離的 過程。 對于切削這種大的塑性變形問題，應(yīng)該采用自適應(yīng)網(wǎng)格重劃分技術(shù)，隨著刀具的進給，正在被切削加工的部分應(yīng)一該實現(xiàn) 網(wǎng)格細化，而沒有加工的部位和加工過的部分，網(wǎng)格應(yīng)該租劃，這樣既解決了局部變形的精確求解，又節(jié)省了求解時間以及內(nèi)存的消耗。另外，利用塑性有限元分析金屬塑性加工問題時，由于網(wǎng)格的畸變，邊界網(wǎng)格有時會與刀具表面出現(xiàn)交叉現(xiàn)象 。除了材料內(nèi)部變形較大外，變形材料與刀具邊界處于動態(tài)接觸和脫離的變化過程中，材料邊界形狀變化也非常大。最終生成圖 34 所示的仿真模型。 (2)進入切削加工前處理界面，如圖 31 所示。在最近的國際范圍復雜零件成形模擬招標演算中， DEFORM3D 的計算精度和結(jié)身可靠性，被國際成形模擬領(lǐng)域公認為第一。 (9)自定義過程可用于計算流動應(yīng)力、沖壓系統(tǒng)響應(yīng)、斷裂判據(jù)和一些特別的列理要求，如：金屬微結(jié)構(gòu)，冷卻速率、機械性能等。 (5)實體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可以單獨求解，也可以藕合在成形模擬中進行分析。具體的來說， DEFORM 具有以下的典型特點： (1)不需要人工干預(yù)，全自動網(wǎng)格再剖分。提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，如：材料流動、切削應(yīng)力、模具填充、鍛造負荷、模具應(yīng)力、 晶粒流、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等。 有限元軟件 DEFORM3D 介紹 有限元技術(shù)在金屬塑性成形方面理論研究的迅猛發(fā)展和計算機技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了像美國的 ALPID、 DEFORM、 AUTO． FORGE 以及法國的FORGE3 等專業(yè)有限元數(shù)值分析系統(tǒng)。檢驗?zāi)Ｐ褪莿澐謫卧院?，檢驗一下網(wǎng)格中的每一個單元是否畸變，特別是人工生成法劃分的單元，容易發(fā)生網(wǎng)格畸變。 圖 23 切削力隨切削速度的變化規(guī)律 05010015020025030030 35 40 45 50 55 60 70 80切削力（N） 切削速度（ m/min） Fx（ N） Fy（ N） Fz（ N） 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第 3 章 鈦合金車削有限元仿真 有限元分析方法過程 利用有限元分析可以解決線性穩(wěn)定類型的物體模型、動態(tài)物體模型、熱傳導模型、場問題模型 (電場、磁場、流變場等 )等，目前，有限元法已經(jīng)發(fā)展成為一種在工程設(shè)計中廣泛應(yīng)用的分析方法。再加上切削過程中的塑性變形造成的表面硬化，低速下塑性變形嚴重，所以隨著切削速度的進一步提高，鈦合金的加工硬化現(xiàn)象取代高溫軟化而成為主導因素，所以在 50m/min～ 80m/min 切削速度范圍內(nèi)，切削力表現(xiàn)出隨切削速度增加而增加的現(xiàn)象。當速度在 30m/min～50m/min 的時候切削力隨速度的增大而變小，當速度在 50m/min～ 80m/min的時候切削力隨速度的增大而增大。當切削深度增加一倍時，切削力約增加 45％，而當進給量增加一倍時，切削力只增加 25％～ 34％。由金屬切削原理可知，切削力與切削面積成正比，當切削深度增加時，切削面積增大，所以切削力隨著切削深度的增加而增加。 這個試驗是在干切削的狀態(tài)下進行的，根據(jù)車削的影響因素，與機床的情況選擇了 3 個因素 4 個水平，對切削力進行測量。 表 ：切削力隨切削深度變化的實驗條件 切削速度（ m/min） 進給量（ mm/r） 潤滑方式 50 干切削 表 為切削力隨切削速度變化的單因素實驗方案，切削速度（ m/min）的水平設(shè)為： 3 4 50、 5 60、 70、 80。 實驗方案 由于切削力是切削加工需要研究的主要對象，本文首先對切削力進行單因素切削實驗。這是一種高強度鈦合金，為α +β型合金，回火溫度達到 400℃。目前，汽車發(fā)動機氣洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 門、連桿、曲軸、排氣管、懸簧、消音器、車體和緊固件等，都用上了鈦或鈦合金。作為制作高檔自行車架的材料應(yīng)具有 較高的強度和硬度，鈦合金將是一種極好的選擇。鈦及其合金憑借優(yōu)良的綜合性能，成為人工關(guān)節(jié) (髖、膝、肩、踝、肘、腕、指關(guān)節(jié)等 )、骨創(chuàng)傷用品 (髓內(nèi)釘、托板、螺釘?shù)?)、脊柱矯形內(nèi)固定系統(tǒng)、牙種植體 、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫(yī)用內(nèi)植入產(chǎn)品的首選材料。至今，鈦已在航空航天、核能、艦船、兵器等諸多領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用，成為重要的戰(zhàn)略 金屬材料。進給量 f，磨損主要發(fā)生在后刀面上，當 f，前刀面將出現(xiàn)磨損。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時的一個很重要特點。 (3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小 20％，由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。鈦合金有如下切削特點： (1)變形系數(shù)?。哼@ 是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數(shù)小于或接近于 1。 鈦合金材料還具有其他一些特性，如：導熱性差，其導熱系數(shù)約為 Ni的 1/4， Fe 的 1/5， Al 的 1/14，在切削過程中會致使刀具切削刃的溫度大洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 幅上升，刀具磨 損加快，使用壽命縮短；彈性模量小，其彈性模量為107． 8GPa，約為鋼的 1/2，在切削過程中，由于切削力的作用，會使鈦合金發(fā)生變形，刀具后面與發(fā)生回彈的已加工表面產(chǎn)生劇烈摩擦，產(chǎn)生很高的溫度。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。因此鈦合金的比強度 (強度 /密度 )遠大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，因此可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)量輕的零部件。 鈦合金所具有許多優(yōu)良特性，主要表現(xiàn)在： (1)熱強度高 鈦合金熱穩(wěn)定性好、高溫強度高。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高 50%~100%。室溫下，鈦合金有 3 種基體組織，鈦合金也就分為以下 3 類： (1) α 相鈦合金 (用 TA 表示 ) 它是 α 相固溶體組成 的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實際應(yīng)用溫度下，均是 α 相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強。 鈦及鈦合金具有耐腐蝕、比強度高等突出優(yōu)點而被稱作“太空金屬”或“海洋金屬”，目前的金屬工業(yè)產(chǎn)量上，鐵達到 7 億噸，鋁約 l 萬噸，銅和不銹鋼各為 1000 萬噸，鈦產(chǎn)量卻不足 1 萬噸，所以說鈦是一種尚未成熟的年輕金屬，它很有希望成為繼鐵、鋁之后的第三種實用金屬，開發(fā)利用前景十分廣闊。 （ 3） 對實驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比，驗證有限元分析的可行性。同時鈦合金加工難易的程度是由切削力和溫度的大小、刀具的磨損、表面粗糙度和切屑排出難易程度來衡量。在最近的國際范圍復雜零件成形模擬招標演算中， DEFORM3D 的計算精度和結(jié)身可靠性，被國際成形模擬領(lǐng)域公認為第一。目前，鈦合金切削的研究越來越多的集中在高速切削等特殊加工方法上。同時由于計算機技術(shù)的飛速發(fā) 展使得利用數(shù)值模擬方法來研究切削加工過程以及各種參數(shù)之間的關(guān)系成為可能。當前，在我國工程界比較流行，被廣泛使用的大型有限元分析軟件有 MSC／Nastran、 Ansys、 Deform、 Marc、 Adina 和 Algor