【正文】 分析了在厚度為 1㎜時的固有頻率變化的特性，在第 12 階處變化最小，特別時在 7處變化最小。其中 的薄壁圓筒波動最大， 4mm 的薄壁圓筒波動最小。 。對話框如圖所示 。 觀察結(jié)果和后處理 。在典型的模態(tài)分析中唯一有效的載荷是零位移約束。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。 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。 用模態(tài)分析可以確定一個結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。在此基礎(chǔ)上分析了切削薄壁回轉(zhuǎn)體時根據(jù)切削力的經(jīng)驗公式和相應(yīng)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(yīng)的載荷在薄壁回轉(zhuǎn)體上進行靜力分析。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。 薄壁件的材料屬性。可以施加除位移約束之外的其他載荷，但他們都將被忽略。 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。 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(yīng)降低）更有利于提高零件的加工精度。 39。 39。 pa =3mm。 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。 （ 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(shè)計提供了 理論依據(jù)，是車銑工藝必不可少的理論指導。 車銑加工的編程是車銑技術(shù)的又一難點。 (3)大型回轉(zhuǎn)體工件的高速、超高速切削。 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。 車銑技術(shù)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(shù)，它只是在一些特定條件下能夠充分發(fā)揮它的加工特點。我國對車銑技術(shù)的研究已涉足各個方面，但總體上處于起步階段。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。 沈陽理工大學 學士學位論文 10 車銑技術(shù)的發(fā)展歷史 與其它科學技術(shù) 一樣，車銑技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展與生產(chǎn)實踐是分不開的。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。 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(zhuǎn)和工件旋轉(zhuǎn)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(yīng)力等多方面達到使用要求的一種先進切削加工方法。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(jié)構(gòu)材料。 Fuh 等人 【 15】 利用傅立葉級數(shù)展開方法研究了主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給量、軸向、徑向切削深度與切削力的關(guān)系。該方法已被應(yīng)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(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。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。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(shè)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(jié)構(gòu) —— 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(shè)了切削力的分布公式。 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。所以，嚴格控制切削時的加工變形誤差是結(jié)構(gòu)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。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。 并詳細分析了在不同厚度時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㎜一直切到 ㎜。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)盡力避開這幾個頻率切削。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。 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。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 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。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。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。 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)?。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。銑刀的旋轉(zhuǎn)運動是主切削運動。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。 1983 年德國的 在他的博士論文《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。 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。 （ 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)。 (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。 如圖 所示，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。 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)。 pa =2mm。 39。 Fn =20xxr/min。 圖 刀齒一次切削內(nèi)切削力的變化 沈陽理工大學 學士學位論文 16 主要切削參數(shù)對圓周刃、端面刃切削力的影響 圖 、圖 給出切削深度、軸向進給量對圓周刃、端面刃 切削力最大值的影響。 Z =3。 Z =3。 Fn =20xxr/min。可是，靜力分析可以計算那些固定不變的慣性載荷對結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價靜力作用的隨時間變化載荷（如通常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價靜力風載荷和地震載荷）。 建模 。觀察結(jié)果包括固有頻率，已擴展的振型和相對應(yīng)沈陽理工大學 學士學位論文 19 力分布（如果要求輸出）。 由于在薄壁回轉(zhuǎn)體一端進行裝夾，所以在薄壁回轉(zhuǎn)體一端施加固定位移約束，在此為了簡化約束，只在薄壁回轉(zhuǎn)體的端面施加零位移約束。并且發(fā)生最大變形量的區(qū)域一般位于紅色區(qū)域， 圖 厚度為 3mm 的合位移和應(yīng)力云圖 圖 厚度為 4mm 的合位移和應(yīng)力云圖 沈陽理工大學 學士學位論文 24 而紅 色區(qū)域一般在切削點處附近，考查最大變形量即考慮切削點處的最大變形量即可。 沈陽理工大學 學士學位論文 25 4 薄壁回轉(zhuǎn)體模態(tài)分析 模態(tài)分析的基本概念 模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)的振動特性的一種技術(shù)，通過它可以得到自然頻率，振型和振型與參數(shù)（即在特定方向上某個振型在多大程度上參與了振動）。 可以對有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，例如旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片。 在實際分析中，一致質(zhì)量矩陣和集中質(zhì)量矩陣都有應(yīng)用，一般情況下，兩者給出的結(jié)果也差不多。將原廣義特征值問題 ? ?? ? ? ?? ? ? ?rrr MK ?? ?? 轉(zhuǎn)換為 Lorczos 向量內(nèi)三對角矩陣的標準特征值問題。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)。建立一個外徑半徑為 100mm 厚度為 1mm 的薄壁圓筒。采用總體控制單元大小，自由劃分的方式。 后處理 當厚度為 1㎜時，工件屬于超薄壁結(jié)構(gòu)，工件特別容易因振動而變形，由前 15 階固有頻率來看，從第一階固有頻率到第 15 階固有頻率，合位移等值線圖振動時從大變形到小變形再到大變形，變形從第一階的 到 10 階的 再到 15階 ， 圖 沈陽理工大學 學士學位論文 32 圖 厚度為 1mm 的一階振型 圖 厚度為 1mm 的二階振型 沈陽理工大學 學士學位論文 33 圖 厚度為 1mm 的三階振型 圖 厚度為 1mm 的四階振型 沈陽理工大學 學士學位論文 34 圖 厚度為 1mm 的五階振型 圖 厚度為 1mm 的六階振型 沈陽理工大學 學士學位論文 35 圖 厚度為 1mm 的七階振型 圖 厚度為 1mm 的八階振型 沈陽理工大學 學士學位論文 36 圖 厚度為 1mm 的九階振型 圖 厚度為 1mm 的十階振型 沈陽理工大學 學士學位論文 37