【正文】 隨著銑削進(jìn)展時(shí)間的推移，刀具硬度進(jìn)一步減小并且導(dǎo)致磨損。(a)銑削三分鐘后 (b)銑削12分鐘后圖B4 前刀面月牙洼磨損掃描電鏡圖像在高速端面銑Ti6Al4V合金過程中，某種程度上，刀屑接觸區(qū)的局部高溫和刀具與工件材料之間的化學(xué)成分濃度梯度同時(shí)支持刀屑接觸區(qū)兩種類型的擴(kuò)散，如下，刀具成分?jǐn)U散進(jìn)入工件和工件材料成分?jǐn)U散進(jìn)入刀具。Ti6Al4V合金的低熱傳導(dǎo)率引起接近刀刃處的刀屑接觸區(qū)高的切削溫度。每個(gè)傳感器包含三對(duì)石英板，一個(gè)對(duì)壓力敏感的在z方向，另外兩個(gè)對(duì)應(yīng)于剪應(yīng)力的各自在x方向和y方向?？墒牵谶@個(gè)研究中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)嵌件安裝在刀具上來避免工具提示跳動(dòng)對(duì)刀具磨損分析的影響。那就是說，銑刀與工件的嚙合時(shí)間是立銑回轉(zhuǎn)周期的1/7。最大的切削厚度發(fā)生在靠近切齒與工件接觸點(diǎn)處。探索切削力變化與刀具磨損增長之間的關(guān)系對(duì)于開發(fā)一種有效的刀具狀態(tài)監(jiān)控策略[13]是非常重要的。切削過程中的刀具磨損可定義為由于刀具和工件之間的相互作用使得刀具材料在接觸表面上的體積損失量。C下查出的耐腐蝕性[1]。然而，由于其較低的導(dǎo)熱性和較高的化學(xué)反應(yīng)活潑性，Ti6Al4V合金通常被作為一種難加工材料，這可表現(xiàn)為低生產(chǎn)率和快速的刀具磨損率，即使是在常規(guī)的切削速度下。E. Budak and Y. Altintas. Flexible milling force model for improved surface error predictions. Engng System Design and :ASME (1),89~94.[14]王志剛,何寧,2000,12(6):7~11.[6]雖然論文表面上是一些模擬、數(shù)據(jù)、圖表和文字的堆積，但它凝聚了全體老師和同學(xué)的關(guān)心與幫助，感謝他們近一學(xué)期來的熱心支持。由此薄壁回轉(zhuǎn)體的模態(tài)分析為切削提供了一些理論依據(jù)。3. 隨著切削的進(jìn)行，厚度逐漸變小，要及時(shí)的調(diào)整切削的頻率，尋找到兩種厚度的共同共振振幅最小點(diǎn)。．為了進(jìn)一步研究厚度不同時(shí)，諧響應(yīng)分析結(jié)果的規(guī)律。并在薄壁圓筒的端面處施加零位移約束。,。諧響應(yīng)分析是一種線性分析技術(shù)，任何非線性特性，如塑性和接觸（間隙）單元，即使定義了也將被忽略。5 諧響應(yīng)分析諧響應(yīng)分析是確定一個(gè)結(jié)構(gòu)在已知頻率的正弦（簡諧）載荷作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的技術(shù)。㎜時(shí)的固有頻率的特點(diǎn)。 由上面六個(gè)圖可以知道：。劃分后的結(jié)果如圖所示：4. 模態(tài)分析設(shè)置及加載。利用modeling中的cylinder創(chuàng)建兩個(gè)圓柱體，然后對(duì)這倆進(jìn)行布爾減。 擴(kuò)展模態(tài)。記 從方程（）至（）可得：[A] （）( i= 2, 3, … r , 且 )將上式寫成矩陣形式，則有:[A][X]=[X][T] （）其中 引入原特征向量和Lorczos向量間的變換式中： （））代如原特征值問題，再用[X][M][K]前乘，用 后乘方程兩端，并利用（）式和正交化關(guān)系式[X][M][X]=[I]，得： （）求解標(biāo)準(zhǔn)特征值問題（）式，得： ， （）計(jì)算原問題的部分特征解 ， （）即： （i = 1，2，3，…r）由于振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)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(shí)需采用位移法，已知廣義特征值問題： （）將上式改寫為：令 ，將上式變成： （）式（）與（）的振型向量（ i=1, 2，3，… r ）相同，但是式（）的特征值與式（）的特征值相差一個(gè)值，即 （ i =1，2，3，…r ） （）由此，即可解得前r階特征值。但由于集中質(zhì)量矩陣是對(duì)角陣，故計(jì)算簡單，節(jié)省內(nèi)存和機(jī)時(shí)，因而使用更為普遍。另一個(gè)有用的分析功能是循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，該功能允許通過只對(duì)循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的一部分進(jìn)行建模而分析整個(gè)結(jié)構(gòu)的振型。進(jìn)行模態(tài)分析有許多好處：可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免共振或以特定的頻率進(jìn)行振動(dòng)（例如揚(yáng)聲器）；使工程師認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)對(duì)于不同類型的動(dòng)力載荷是如何響應(yīng)的；有助于在其他動(dòng)力估算中求解控制參數(shù)（例如時(shí)間步長）。由應(yīng)力云圖可知，、1mm、2mm、3mm、4mm時(shí)，、。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(gè)部分，相應(yīng)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。 TC4薄壁件的靜力分析流程。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）。線性分析是指在分析過程中結(jié)構(gòu)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(xiàng)去掉。 Z =3。 軸向進(jìn)給量對(duì)圓周刃、端面刃切削力的影響 、軸向進(jìn)給量對(duì)圓周刃、端面刃切削力最大值的影響。 =5mm。 =5mm。、圓周刃和端面刃切削幾乎同時(shí)開始，同時(shí)結(jié)束。 =2000r/min。 Z =3。（2）由進(jìn)給速度的矢量表達(dá)式可知，加工中的軸向進(jìn)給速度由銑刀軸向運(yùn)動(dòng)速度決定，切向進(jìn)給速度由工件旋轉(zhuǎn)線速度決定。 一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的CNC車銑加工中心，至少應(yīng)包括X、Y、Z、B和C五個(gè)軸，其中三至五軸可聯(lián)動(dòng)。(1)重型或難加工材料回轉(zhuǎn)體毛坯的粗加工，如大型軋輥、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、大型鑄管模、大型船舶用曲軸以及火炮身管等等。尤其重要的是對(duì)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(dòng)或徑向切削力的高頻周期變化，這些特點(diǎn)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。（5） 高速、超高速車銑及其相關(guān)技術(shù)的研究。 目前，對(duì)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。在這兩個(gè)研究中心里，眾多的科研人員在車銑原理、車銑運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)、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(jì)與測(cè)試以及CAD/CAM等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)從事研究工作。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(jìn)行長軸外圓和深孔內(nèi)表面的車銑加工。工件旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切向線速度即為銑刀的周向進(jìn)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(jìn)給速度則等于工件的轉(zhuǎn)速與銑刀在工件每轉(zhuǎn)時(shí)沿工件軸向（或徑向）移動(dòng)距離的乘積。(4). 使用ANSYS對(duì)薄壁圓筒進(jìn)行諧響應(yīng)分析。航空航天產(chǎn)品由于受使用條件和環(huán)境的制約，對(duì)材料有很高的要求。毫無疑問，該工作代表著目前最有成效的研究成果。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(jìn)一步考慮了刀具、工件變形以及主軸傾斜因素的影響。目前國外在復(fù)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(diǎn)合金支持法、夾具特性分析與夾緊優(yōu)化分析等。浙江大學(xué)在這方面的研究主要針對(duì)工件受銑削力影響產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，另外對(duì)原始?xì)堄鄳?yīng)力對(duì)加工變形的影響，裝夾方案對(duì)加工變形的影響也有所涉獵，在加工變形誤差計(jì)算方面，國內(nèi)的蔡慧林【2】使用材料力學(xué)的梁彎曲公式，粗略的考慮了小尺寸銑刀順銑時(shí)由于刀具彎曲變形所引起的工件尺寸誤差與刀具補(bǔ)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。對(duì)薄壁件用數(shù)控高速切削機(jī)床進(jìn)行加工，如果我們能夠建立薄壁件加工時(shí)的預(yù)評(píng)估模型，掌握加工時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)加工精度的影響?？v上所述，影響復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形的主要因素是：工件的原始?xì)堄鄳?yīng)力、工件的裝夾、工件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、刀具的變形、工件受力變形、工件熱變形、機(jī)床的精度與剛度以及其它因素等。在同一位置，若切削速度選的不好就可能和薄壁件的固有頻率一樣，引起共振；由諧響應(yīng)分析得出，在切削的過程中，在什么頻率下切削引起的共振振幅最大，在切削過程中應(yīng)盡力避開這幾個(gè)頻率切削。并詳細(xì)分析了在不同厚度時(shí)的薄壁件的固有頻率的變化關(guān)系以及它的合位移等值線圖的變化規(guī)律，從厚度4㎜㎜。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(qiáng)烈的振顫，加工后的缸套內(nèi)壁和外壁會(huì)留下波浪型的振紋，嚴(yán)重影響了加工質(zhì)量。工藝設(shè)計(jì)和加工過程是產(chǎn)品生命周期中的兩個(gè)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。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(shí)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(duì)殘余應(yīng)力的測(cè)試總結(jié)出了一些原則另外對(duì)仿真作了一定的理論研究。南方航空動(dòng)力機(jī)械公司譚彪和南京航空航天大學(xué)范炳炎【7】使用Algon SAP91有限元系統(tǒng)對(duì)某型號(hào)飛機(jī)主梁的加工開展了有限元建模與變形分析。例如，利用磁流變液相變迅速、屈服強(qiáng)度大等特點(diǎn)，Targ研究了磁流變液柔性夾具的可能性。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。但有關(guān)問題的子技術(shù)已有許多文獻(xiàn)介紹：薄壁件銑削表面誤差的靜態(tài)有限元分析和動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型；應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床熱變形的補(bǔ)償；利用試驗(yàn)和分析的方法，來預(yù)測(cè)因裝夾引起的變形，并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。它包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：(1)．建立車銑薄壁回轉(zhuǎn)體的動(dòng)力學(xué)模型。銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主切削運(yùn)動(dòng)。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(diǎn)及局限性?！盾囥娂夹g(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(duì)正交車銑的運(yùn)動(dòng)原理、已加工件的表面精度、切削力、切削速度等進(jìn)行了開拓性的研究工作。 國內(nèi)對(duì)車銑技術(shù)還沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的研究，20世紀(jì)六七十代在一些工廠的生產(chǎn)革新中出現(xiàn)過旋風(fēng)銑削，這是車銑的一種基本形式——軸向車銑的實(shí)際應(yīng)用。（2） 特種工件車銑工藝的研究。 (3)與傳統(tǒng)車削相比，車銑極易實(shí)現(xiàn)高速切削，而高速切削的一切優(yōu)點(diǎn)可在車銑中得以體現(xiàn)。 (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。車銑基礎(chǔ)理論研究包括車銑運(yùn)動(dòng)學(xué)、車銑動(dòng)力學(xué)、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(jì)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(diǎn)之一。 ，一個(gè)典型的正交車銑加工過程包括工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和銑刀的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 =2000r/min。由此可知圓周刃的瞬時(shí)切削力僅為銑刀轉(zhuǎn)角的函數(shù)，而端面刃的瞬時(shí)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(diǎn)到銑刀旋轉(zhuǎn)中心距離的函數(shù)。 =5mm。 r =20mm。 r =20mm。 Z =3。 =2000r/min。反之，對(duì)軸向剛度較弱的零件進(jìn)行正交車銑精加工時(shí)，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。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。在未加約束的方向上，程序?qū)⒔馑銊傮w運(yùn)動(dòng)（零頻）以及高頻的自由體模態(tài)。,。有限元計(jì)算完畢以后，使用ANSYS的后處理功能，利用計(jì)算出的箱體各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)位移，來確定各個(gè)單元的應(yīng)力大小，以及整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形情況。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(diǎn)處的變形越來越大，遠(yuǎn)離切削點(diǎn)的變形越來越小。固有頻率和振型是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。一致質(zhì)量矩陣 （）式中為質(zhì)量密度；是形函數(shù)矩陣。其算法如下： 給定1如果在某個(gè)DOF處指定了一個(gè)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。觀察結(jié)果包括固有頻率，已擴(kuò)展的振型和相對(duì)應(yīng)力分布（如果要求輸出）。網(wǎng)格的劃分采用網(wǎng)格劃分工具M(jìn)eshTool，此工具專門用于對(duì)CAD模型執(zhí)行網(wǎng)格劃分操作，并包含所有點(diǎn)線面的網(wǎng)格劃分所具有的同等功能。在Fre Range for 。 厚度與不同階固有頻率關(guān)系分析 利用Block Lanczons法解出不同厚度條件下前15階的固有頻率，如表： 表1 不同厚度條件下前15階的固有頻率 厚度階次1mm2mm3mm4mm123473．813567127．7689101112131415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(duì)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(duì)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(gè)圖表可知：當(dāng)階次相同時(shí)，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(shì)。分析了在厚度為3㎜處的固有頻率的變化規(guī)律，在第14階處變化小，特別是在第1