【正文】 ........................................... 18 切屑的分離標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定 ................................................... 19 材料模型的建 立 ........................................................... 20 速度邊界條件的確定 ................................................... 20 時(shí)間步長(zhǎng)的確定 ........................................................... 20 第 4 章 仿真分析 .................................................................................. 22 概述 .......................................................................................... 22 不同切削條件下的切削力仿真 ............................................. 22 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 不同切削條件下的切削溫度仿真 ......................................... 25 切削力的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比 ................................. 27 第 5 章 車床主軸 箱及夾具設(shè)計(jì) ......................................................... 29 車床主軸箱的設(shè)計(jì) .................................................................. 29 確定極限轉(zhuǎn)速 ................................................................ 29 確定公比 ......................................................................... 29 求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) ........................................................ 29 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 .................................................... 29 繪制轉(zhuǎn)速圖 ..................................................................... 31 確定公比齒輪齒數(shù)的確定 ............................................ 33 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 ........................................................ 34 夾具設(shè)計(jì) .................................................................................. 35 零件分析 ........................................................................ 35 定位基準(zhǔn)的選擇 ........................................................... 36 切削力和夾緊力的計(jì)算 ................................................ 36 定位誤差分析 ................................................................ 37 結(jié) 論 ..................................................................................................... 38 謝 辭 ....................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. 40 外文資料翻譯 ........................................................................................ 42 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 一、 鈦合金切削研究現(xiàn)狀 鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。因此研究鈦合金的切削性能，提高加工效率具有重要的意義。 切削過(guò)程的建模和仿真在改進(jìn)切削刀具的設(shè)計(jì)和優(yōu)化切削參數(shù)方面有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前?guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)鈦合金的切削加工進(jìn)行了更加深入細(xì)致的研究。用理論解析法求熱傳導(dǎo)問題的優(yōu)點(diǎn)是可以表示溫度分布的函數(shù)關(guān)系，并且科學(xué)分析影響因素。 有限元法是建立在固體變分原理基礎(chǔ)之上的，用有限元進(jìn)行分析時(shí)，首先將 被分析物體離散成為許多小單元，其次給定邊界條件、載荷和材料特性，再者求解線性或非線性方程組，得到位移、應(yīng)力、應(yīng)變、內(nèi)力等結(jié)果，最后在計(jì)算機(jī)上，使用圖形技術(shù)顯示計(jì)算結(jié)果。但是隨著鈦合金應(yīng)用的普及，普通車床仍然是加工鈦 合金的主要設(shè)備。因此選擇這幾個(gè)參考指標(biāo)進(jìn)行研究。我國(guó)鈦資源非常豐富， TiO2總儲(chǔ)量達(dá) 9 億噸，儲(chǔ)量世界第一，中國(guó)必將成為鈦金屬的世 界生產(chǎn)大國(guó)。高溫強(qiáng)度高，可在 400℃ ~500℃的溫度下長(zhǎng)期工作，其熱穩(wěn)定性次于 α鈦合金。 (3)抗腐蝕性好 鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)：對(duì)堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。這些特性使鈦合金成為一種難加工材料。同時(shí)，由于鈦合金的彈性模量小， 加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動(dòng)，加大刀具磨損并影響零件的精度。 鈦合金的應(yīng)用現(xiàn)狀 鈦合金因具有眾多優(yōu)秀特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前，還沒有比鈦合金更好的金屬材料用于臨床。鈦在體育用品中的應(yīng)用，從最早的網(wǎng)球拍、羽毛球拍到最近幾年廣泛使用的高爾夫球頭、桿以及賽車等，使人們 對(duì)鈦的認(rèn)識(shí)提高了一大步。分別改變切削速度、進(jìn)給量、切削深度，研究切削力的洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 變化情況。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 及分析 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)表 ，表 ，表 建立的單因素實(shí)驗(yàn)得到切削力隨進(jìn)給量、切削速度、切削速度變化的數(shù)據(jù)： 表 切削力隨進(jìn)給量變化數(shù)據(jù)： 進(jìn)給量（ mm/r） Fx（ N） Fy（ N） Fz（ N） 77 93 162 72 91 157 78 95 186 85 104 210 85 107 226 93 112 239 96 126 261 表 切削力隨切削深度變化數(shù)據(jù)： 切削深度（ mm） Fx（ N） Fy（ N） Fz（ N） 48 74 142 72 85 178 83 92 190 1 91 107 210 101 110 218 116 115 233 137 123 259 2 149 127 273 表 切削力隨切削速度的變化數(shù)據(jù)： 切削速度（ m/min） Fx（ N） Fy（ N） Fz（ N） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 30 96 114 247 35 91 106 235 40 88 102 212 45 85 100 198 50 78 95 186 55 76 92 183 60 82 103 200 70 103 121 225 80 118 133 258 結(jié)果分析 根據(jù)所學(xué)知識(shí)對(duì)以上 3 個(gè)表格數(shù)據(jù)進(jìn)行分析： 一、從 圖 21 可以看出當(dāng)進(jìn)給量小于 時(shí)，切削力隨著進(jìn)給量的增大而減小，這是由于鈦合金在切削時(shí)會(huì)形成 左右的硬化層，當(dāng)進(jìn)給量小于 時(shí)，車刀切在硬化層內(nèi)，因此切削力比較大。因此為減小切削力應(yīng)優(yōu)先選擇對(duì)其影響比較顯著的因素切削深度，而選用較小的切削深度值。從切削力隨切削速度變化效應(yīng)圖可以看出，在鈦合金切削加工過(guò)程中存在一個(gè)使切削力最小的切削速度，即 50m/min 上下的范圍。 (2)解算模型階段：在解算模型時(shí)，模型的節(jié)點(diǎn)、單元、約束載荷、物理和機(jī)械特征都己定義，所以可由計(jì)算機(jī)計(jì)算單元?jiǎng)偠染仃?，單元?jiǎng)偠染仃?反映了節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移之間轉(zhuǎn)化關(guān)系，所以又稱為轉(zhuǎn)化矩陣。DEFORM3D 是模擬 3D 材料流動(dòng)的理想工具，而且易于使用。 (6)單步模具應(yīng)力分析方便快捷，適用于多個(gè)變形體、組合模具、帶有預(yù)應(yīng)力環(huán)時(shí)的成形過(guò)程分析。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 DEFORM3D 中應(yīng)用加工向?qū)K進(jìn)行車削仿真的基本步驟 DEFORM 為了方便應(yīng)用，提供了成型分析、加工分析 (包括切削和鉆削 )等向 導(dǎo)，用戶只需按向?qū)нM(jìn)行相關(guān)設(shè)置，生成數(shù)據(jù)庫(kù)之后即可對(duì)模型求解。 (4)進(jìn)行運(yùn)算。 干涉程度嚴(yán)重時(shí)，也將影響計(jì)算精度。一個(gè)合理的分離準(zhǔn)則只有真實(shí)地反應(yīng)切削加工材料的力學(xué)和物理性質(zhì)，才能得到合理的結(jié)果，例如切屑的幾何形狀、切削力、溫度和殘余應(yīng)力分布等。在模擬中，我們假定工件是固定不動(dòng)的，刀具以一定的切削速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。兩者的變化形成了工件與刀具的動(dòng)態(tài)接觸表面。同時(shí)這幾個(gè)指標(biāo)中最為重要的是切削力。整個(gè)切削過(guò)程中切削力的變化如圖 42所示。切削熱在產(chǎn)生的同時(shí)，又由切屑、工件、刀具以及周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)出去。但是，隨著切削速度的提高，單位切削功率和單位切削力有所 減小，因此，切削熱和切削溫度不會(huì)與切削速度成正比例增加。 切削力的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比 金屬切削過(guò)程建模仿真的目的就是為了研究金屬切削的機(jī)理，在實(shí)際洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 工作中，為設(shè)計(jì)機(jī)床、刀具、夾具，或者為選擇合理的切削用量提供參考和依據(jù)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第 5 章 車床主軸箱及夾具設(shè)計(jì) 車床主軸箱的設(shè)計(jì) 針對(duì)鈦合金的切削特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合的專用車床。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第二行的三個(gè)方案可根據(jù)下述原則比較：從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。 圖 51 結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案 在降速傳動(dòng)中，防止齒輪直徑過(guò)大而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比imin ≥ 1/4；在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過(guò)大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比imax ≤ 2。原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。 (3)確定傳動(dòng)軸的軸數(shù) 傳動(dòng)軸數(shù)＝變速組數(shù) +定比傳動(dòng)副數(shù) +1=4。通常，以往前推比較方便。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 52 主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖 確定公比 齒輪齒數(shù)的確定 （ 1）傳動(dòng)組 a 如圖 52 所示的傳動(dòng)組 a， ia1 = 1, ia2 = 1/, ia2 = 1/2。 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 圖 53 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 夾具設(shè)計(jì) 零件分析 這次設(shè)計(jì)的夾具主要用來(lái)加工 外罩車的 ?10 0+，外圓 ?18? 0 、 ?28及端面，其中 ?10 0+、 ?18? 0 都有一定的 形位公差 要求 。 所以 F′ = KFc = = (N) 顯然， F′是在螺母承受的范圍之內(nèi)，故本夾具可安全工作。同時(shí)也增強(qiáng)了我對(duì)這方面知識(shí)的興趣，也許它是我未來(lái)繼續(xù)學(xué)習(xí)深造的動(dòng)力。 對(duì)于設(shè)計(jì)的欠缺，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)和工作中加以改進(jìn)，有所創(chuàng)新，爭(zhēng)取在機(jī)械領(lǐng)域有所成就。今后無(wú)論走到哪里，我都不會(huì)忘記這段快樂的時(shí)光，謝謝你們。不僅佩服李老師的專業(yè) 知識(shí) 水平，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?也 是我學(xué)習(xí)的榜樣， 這些 將會(huì)影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。像有些軸承的型號(hào)及功能，自己就未能把握好。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，回想這兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活，感覺它是我這大學(xué)三年的結(jié)晶。 切削力和 夾緊力的計(jì)算 確定夾緊力的方法通常有兩種：一是根據(jù)同類夾具的使用情況，用類比法 進(jìn)行估算，這種方法在生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣，一是根據(jù)加工情況，確定出工件在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，再將 此時(shí)工件所受的各種外力看作靜