【正文】 9101112131415由表可知隨著厚度的增加，薄壁圓筒的固有頻率不斷增加，而對于同一厚度而言，隨著階次的增加，薄壁圓筒的固有頻率也在不斷增加為方便直觀的比較，研究厚度對于薄壁圓筒的固有頻率和最大變形量的影響作出一階條件下的關(guān)系圖：作出十階條件下的關(guān)系圖：由上面四個圖表可知：當階次相同時，隨著厚度的增加薄壁圓筒的最大變形量逐漸減小，而固有頻率呈現(xiàn)上升趨勢。,1mm,2mm,3mm處最大位移量上升，然后下降，在第七階處出現(xiàn)最大變形量的最小值。在Fre Range for 。在analysis type中選擇modal,利用Block Lanczons法進行分析而在模態(tài)分析中一般不加載結(jié)構(gòu)載荷和熱載荷，只在計算有預(yù)應(yīng)力的影響時才會考慮載荷。網(wǎng)格的劃分采用網(wǎng)格劃分工具MeshTool，此工具專門用于對CAD模型執(zhí)行網(wǎng)格劃分操作，并包含所有點線面的網(wǎng)格劃分所具有的同等功能。得到如圖所示的模型。觀察結(jié)果包括固有頻率，已擴展的振型和相對應(yīng)力分布（如果要求輸出）。只有經(jīng)過模態(tài)擴展才可以在后處理中查看振型。如果在某個DOF處指定了一個非零位移約束，程序?qū)⒁粤阄灰萍s束代替該DOF處的設(shè)置。其算法如下： 給定1本計算也采用了集中質(zhì)量矩陣。一致質(zhì)量矩陣 （）式中為質(zhì)量密度；是形函數(shù)矩陣。有限元法的基本思想是將彈性體離散成有限個單元 ()式中、和分別是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，和分別是結(jié)點位移和結(jié)點載荷向量。固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。由于結(jié)構(gòu)的振動特性決定結(jié)構(gòu)對于各種動力載荷的響應(yīng)情況，所以在準備進行其他動力分析之前首先要進行模態(tài)分析。經(jīng)過后處理得到相應(yīng)的合位移云圖和應(yīng)力云圖，從合位移云圖得知薄壁回轉(zhuǎn)體各部分變形情況知道靠近切削點處的變形越來越大，遠離切削點的變形越來越小。由此可知在厚度逐漸減小的過程中，薄壁回轉(zhuǎn)體承受的最大應(yīng)力逐漸增大。有限元計算完畢以后，使用ANSYS的后處理功能，利用計算出的箱體各個單元的節(jié)點位移，來確定各個單元的應(yīng)力大小，以及整個結(jié)構(gòu)的變形情況。由此得到：根據(jù)經(jīng)驗公式進行仿真得到圓周刃切削力和端面刃切削力由此取圓周切削刃力為55N。,。建立一個外徑半徑為100mm厚度為1mm的薄壁圓筒。在未加約束的方向上，程序?qū)⒔馑銊傮w運動（零頻）以及高頻的自由體模態(tài)。 加載。非線性靜力分析包括所有的非線性類型：大變形、塑性、蠕變、應(yīng)力剛化、接觸（間隙）單元、超彈單元等。靜力分析中的載荷：靜力分析用于計算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。反之，對軸向剛度較弱的零件進行正交車銑精加工時，使用較大的銑刀（其它參數(shù)不變，即切削線速度相應(yīng)增加）更有利于提高零件的加工精度。 =2mm。 =2000r/min。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。 Z =3。 切削深度對圓周刃、端面刃切削力的影響=10r/min。 r =20mm。 =0mm。 r =20mm。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。 =5mm。 =100mm。由此可知圓周刃的瞬時切削力僅為銑刀轉(zhuǎn)角的函數(shù)，而端面刃的瞬時切削力不但是銑刀轉(zhuǎn)角的函數(shù)還是銑刀端面刃上一點到銑刀旋轉(zhuǎn)中心距離的函數(shù)。 =2mm。 =2000r/min。（3）從銑削動力裝置與被加工件相對位置可斷定，正交車銑更適于復雜結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)體的加工和長軸類工件的加工。 ，一個典型的正交車銑加工過程包括工件的旋轉(zhuǎn)運動、銑刀的旋轉(zhuǎn)運動和銑刀的直線進給運動。在這樣一臺車銑中心上可實現(xiàn)車、銑、鉆、鏜等多個工序的一次裝夾完全加工，從而大大降低了重復裝夾誤差。車銑基礎(chǔ)理論研究包括車銑運動學、車銑動力學、已加工件的理論表面粗糙度以及車銑加工的切削過程等主要內(nèi)容，這些內(nèi)容是CNC車銑中心研制、車銑刀具選擇與設(shè)計以及車銑加工工藝制定的技術(shù)基礎(chǔ)，是車銑技術(shù)研究的難點之一。(2)大型薄壁件回轉(zhuǎn)體的精加工。 (9)車銑是多刃切削，結(jié)合高速切削可較大地提高生產(chǎn)效率。 (5)工件轉(zhuǎn)速相對較低，加工薄壁件時幾乎沒有由于離心力產(chǎn)生的變形。 (3)與傳統(tǒng)車削相比，車銑極易實現(xiàn)高速切削，而高速切削的一切優(yōu)點可在車銑中得以體現(xiàn)。 目前，車銑技術(shù)正在逐步轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使用車銑工藝將會對金屬切削技術(shù)，乃至零件的設(shè)計理念產(chǎn)生極大的推動作用，使對零件的設(shè)計、加工由傳統(tǒng)方法轉(zhuǎn)向先進制造領(lǐng)域。（2） 特種工件車銑工藝的研究。該中心在國家科學技術(shù)部“九五”重大攻關(guān)課題的資助下，在車銑技術(shù)的基礎(chǔ)理論、車銑工藝、CNC車銑加工中心的設(shè)計和制造等方向進行著研究。 國內(nèi)對車銑技術(shù)還沒有進行過系統(tǒng)的研究，20世紀六七十代在一些工廠的生產(chǎn)革新中出現(xiàn)過旋風銑削，這是車銑的一種基本形式——軸向車銑的實際應(yīng)用。開創(chuàng)了高速、超高速車銑新領(lǐng)域。《車銑技術(shù)》[2]中系統(tǒng)地研究了車銑技術(shù)的另一種基本加工方法—正交車銑，對正交車銑的運動原理、已加工件的表面精度、切削力、切削速度等進行了開拓性的研究工作。正交車銑由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直，它不能對內(nèi)孔進行加工，但在加工外圓表面時由于銑刀的縱向行程不受限制，且可以采用較大的縱向進給，因此在加工外圓表面時效率較高。其中軸向車銑和正交車銑是應(yīng)用范圍最廣泛的兩類車銑加工方法，它們分別有各自的特點及局限性。銑刀的直線進給運動根據(jù)不同加工的需要可采用軸向進給（如加工軸類零件）或徑向進給（如加工盤類零件）運動，也可同時采用軸向進給和徑向進給（如加工錐體零件）運動。銑刀的旋轉(zhuǎn)運動是主切削運動。本章首先介紹了本論文的研究背景及現(xiàn)實意義，然后介紹了薄壁件變形研究的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，最后提出本論文的主要研究內(nèi)容及方法。它包括以下幾個方面的內(nèi)容：(1)．建立車銑薄壁回轉(zhuǎn)體的動力學模型。對航空材料來說，以鋁合金、鈦合金、鎂合金為主，另外有少量的超高強度鋼和不銹鋼等。但有關(guān)問題的子技術(shù)已有許多文獻介紹：薄壁件銑削表面誤差的靜態(tài)有限元分析和動態(tài)預(yù)報模型；應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)控機床熱變形的補償；利用試驗和分析的方法，來預(yù)測因裝夾引起的變形，并進行補償?shù)取Ａ硪环矫?，高速切削加工（High speed machining）過程的建模也得到了廣泛的重視，oze【14】使用有限元非線性軟件DEFOM2D研究了切削應(yīng)力、切削溫度的分布狀況。Budak和Altintas【13】深入研究了具有三邊自由，一邊固定邊界條件的高柔度矩形薄壁板件的數(shù)值建模與銑削變形誤差問題。此外，Masset等人【11】使用Kierzle指數(shù)切削力模型研究了車削與面銑加工變形誤差的有限元計算策略問題，基于IDEAS軟件強大的CAD建模與單元網(wǎng)格劃分功能，將IDEAS與RASTRAR求解器集成在一起。例如，利用磁流變液相變迅速、屈服強度大等特點，Targ研究了磁流變液柔性夾具的可能性。但是，影響因素的復雜性使航空復雜結(jié)構(gòu)件加工變形成為飛機制造中的關(guān)鍵難點之一。南方航空動力機械公司譚彪和南京航空航天大學范炳炎【7】使用Algon SAP91有限元系統(tǒng)對某型號飛機主梁的加工開展了有限元建模與變形分析。目前，北京航空航天大學的魏麗和鄭聯(lián)語【3,4】研究了改進薄壁件數(shù)控加工質(zhì)量的進給量局部優(yōu)化法，定性地提出將優(yōu)化過程分為四步：修改切削參數(shù)、確定關(guān)鍵區(qū)域、確定邊界點、修改刀位文件。目前國內(nèi)已開展的薄壁件加工變形方面的研究，主要是結(jié)合生產(chǎn)實際，提出了一些加工過程中某些具體工件或具體工序的解決方案，也對殘余應(yīng)力的測試總結(jié)出了一些原則另外對仿真作了一定的理論研究。我們就可以以此為依據(jù)對加工工藝進行合理的優(yōu)化。工藝設(shè)計和加工過程是產(chǎn)品生命周期中的兩個重要的環(huán)節(jié)，工藝參數(shù)合理與否將直接影響加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。在國外，隨著高速切削技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在航空制造中，一些大尺寸薄壁件，如：整體壁板、整體翼肋、整體隔框、以及變厚度蒙皮均采用數(shù)控高速銑削的方式加工，這些大尺寸的薄壁件減輕了飛行器的重量，提高了結(jié)構(gòu)強度與生產(chǎn)效率。在該類工件的切削加工中，內(nèi)壁鏜孔，珩磨和外圓磨削等工序常常產(chǎn)生強烈的振顫，加工后的缸套內(nèi)壁和外壁會留下波浪型的振紋，嚴重影響了加工質(zhì)量。沈陽理工大學學士學位論文薄壁圓筒銑削的動力學分析設(shè)計畢業(yè)論文目 錄1 緒 論 1 1 5 5 6 7 82 車銑加工方法 9 9 10 車銑技術(shù)的主要特點 11 車銑技術(shù)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 163 薄壁回轉(zhuǎn)體靜力分析 18 18 18 17 17 18 TC4薄壁件的靜力分析流程 19 后處理 21 本章小結(jié) 244 薄壁回轉(zhuǎn)體的模態(tài)分析 25 25 25 模態(tài)分析的基本步驟 29 29 29 30 31 TC4薄壁件的模態(tài)分析流程 31 后處理 31 31 41 本章小結(jié) 445 薄壁回轉(zhuǎn)體的諧響應(yīng)分析 46 諧響應(yīng)分析的基本概念 46 諧響應(yīng)分析的基本步驟 46 46 47 47 TC4薄壁件諧響應(yīng)分析流程 48 49 49 50 50 53 本章小結(jié) 56結(jié)論 57致謝 58參考文獻 59附錄A 英文原文 61附錄B 漢語翻譯 741 緒 論 論文研究背景及意義隨著我國汽車工業(yè)，國防工業(yè),航空工業(yè)的飛速發(fā)展和不斷進步，各類薄壁回轉(zhuǎn)體零件也不斷涌現(xiàn)，薄壁回轉(zhuǎn)體工件的精密加工卻是機械加工業(yè)的一個難點，因為此類零件的剛度很差，加工過程中力變形、熱變形比較嚴重，零件的尺寸精度和形位精度難以達到加工要求，廢品率高，生產(chǎn)效率很低。如4JB1型柴油機的干式汽缸套，其外徑為95mm，壁厚僅為1mm，重要尺寸公差和型位公差均為5級?？v上所述，影響復雜薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形的主要因素是：工件的原始殘余應(yīng)力、工件的裝夾、工件的結(jié)構(gòu)復雜程度、刀具的變形、工件受力變形、工件熱變形、機床的精度與剛度以及其它因素等。在設(shè)計階段進行定量的分析，合理的進行工藝設(shè)計包括正確的選擇加工工藝參數(shù)，以保證加工誤差滿足制造精度的要求。對薄壁件用數(shù)控高速切削機床進行加工，如果我們能夠建立薄壁件加工時的預(yù)評估模型，掌握加工時的動力學特性對加工精度的影響。薄壁件的變形研究在國內(nèi)外引起了廣泛的關(guān)注，許多科技工作者在這一領(lǐng)域進行了深入的研究，提出了許多好的方案并應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。浙江大學在這方面的研究主要針對工件受銑削力影響產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，另外對原始殘余應(yīng)力對加工變形的影響，裝夾方案對加工變形的影響也有所涉獵，在加工變形誤差計算方面，國內(nèi)的蔡慧林【2】使用材料力學的梁彎曲公式，粗略的考慮了小尺寸銑刀順銑時由于刀具彎曲變形所引起的工件尺寸誤差與刀具補償措施，但由于模型過于簡單，該方法只能用于定性研究模具等高剛度構(gòu)件加工的建模，不適用與薄壁件的加工變形仿真。在試驗中他們采用的是真空吸附夾緊方式。目前國外在復雜結(jié)構(gòu)件的加工變形方面，常用的方法有應(yīng)力分析控制法、薄壁件的低熔點合金支持法、夾具特性分析與夾緊優(yōu)化分析等。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一定的研究工作。Gu等人[10]在研究面銑過程工件變形誤差的預(yù)估方法又進一步考慮了刀具、工件變形以及主軸傾斜因素的影響。工件采用8節(jié)點實體單元近似，銑刀近似為一系列軸對稱旋轉(zhuǎn)盤單元的集合，提出了加工參數(shù)與刀具幾何參數(shù)的優(yōu)化選取方法。毫無疑問，該工作代表著目前最有成效的研究成果。在歐美發(fā)達國家也是如此，一些個別的變形控制技術(shù)則是金錢難以買到的機密。航空航天產(chǎn)品由于受使用條件和環(huán)境的制約，對材料有很高的要求。開展研究工作之前，綜合考慮各種試驗條件、經(jīng)濟條件，力求研究方法實用可行。(4). 使用ANSYS對薄壁圓筒進行諧響應(yīng)分析。車銑加工包括銑刀旋轉(zhuǎn)、工件旋轉(zhuǎn)、銑刀軸向進給和徑向進給四個基本運動。工件旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切向線速度即為銑刀的周向進給速度，它的大小等于工件的轉(zhuǎn)速與工件周長的乘積；銑刀的軸向（或徑向）進給速度則等于工件的轉(zhuǎn)速與銑刀在工件每轉(zhuǎn)時沿工件軸向（或徑向）移動距離的乘積。依據(jù)工件和刀具旋轉(zhuǎn)相對方向的不同，它們又都可分為順銑和逆銑兩種不同的形式。與此相反，如銑刀直徑大于其主軸箱體徑向尺寸，軸向車銑也可進行長軸外圓和深孔內(nèi)表面的車銑加工。該文獻對后來車銑技術(shù)的研究產(chǎn)生了重要的影響，它介紹的用銑刀加工圓柱表面的方法，就是車銑技術(shù)的一種基本加工方法軸向車銑的早期萌芽。在這兩個研究中心里，眾多的科研人員在車銑原理、車銑運動學及動力學、已加工件表面質(zhì)量、不同材料的車銑工藝性、車銑加工中心的設(shè)計與測試以及CAD/CAM等多個領(lǐng)域內(nèi)從事研究工作。從掌握的資料來看，目前人們對車銑技術(shù)的研究主要集中在車銑切削過程及車銑工藝和設(shè)備兩個方面[1~26]。 目前，對于車銑技術(shù)的研究，遼寧省高速切削工程技術(shù)中心處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。（1） 車銑技術(shù)應(yīng)用前景的研究。（5） 高速、超高速車銑及其相關(guān)技術(shù)的研究。 (2)間斷切削使刀具有充足的冷卻時間，刀具切削溫度相對較低。尤其重要的是對于大型鍛件毛坯，工件的超低轉(zhuǎn)速將消除因工件偏心而引起的振動或徑向切削力的高頻周期變化，這些特點使得此類工件的切削過程十分平穩(wěn)，有利于減少被加工件的形狀誤差。 (8)如采用CNC車銑中心，需用車、銑、鉆、鏜等不同方法進行加工的工件能在一次裝夾中完