【正文】 力 ，并用靜力平衡原理，計算出所需的夾緊力。 （ 2） 傳動組 b 同上可得軸Ⅱ 上兩聯(lián)滑移齒輪的齒數分別為： 4 23。傳動軸 b 的級比指數為 3，在傳動比極限值的范圍內，為了 避免升速，又不使傳動比太小，可取 ib1 = 11, ib2 = 1φ3 = 軸Ⅱ的轉帶速確定為 3 460、 660r/min。故轉速圖需 5 條豎線，主軸共 12 速，電動機軸轉速與主軸最高轉速相近，故需要 12 條橫線。 Y 系列電動機高效、節(jié)能、起動轉矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。因為其它傳動組的變速范圍都比它小。從這個角度考慮，以取 12=3 2 2 的方案為好。 確定公比 此機床為生產率要求較高的專用機床，減少相對轉速損失是主要的，所以公比 φ取得較小，這里選定主軸轉速數列的公比為 φ = . 求出主軸轉速級數 Z = lgRnlgφ +1 = lg +1 = ，取 Z = 12 確定結構網和結構式 （ 1）傳動組和傳動副數的確定 12=43 12=34 12=322 12=232 12=223 在上列兩行方案中，第一行方案有時可以省掉一根軸。 將仿真結果和試驗結果進行對比。此外，當增大進給量后，切削厚度增大，由切屑帶走的熱量增多，同時切屑與前刀面的接觸長度變長，散熱面積增大。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 26 圖 44 切削溫度的分布 由于在切削機理的理論研究中，工件的最高溫度的變化是影響切削難易程度的和 刀具磨損的重要參考因素，所以本文按照表 41 的仿真次序得出不同切削條件下工件溫度的仿真結果 (表 42)。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 24 圖 42 切削力 隨時間 變化曲線 圖 43 切削力隨模擬步數變化曲線 表 41 為切削力的仿真結果 切削速度 進給量 切削深度 Fx Fy Fz 1 40 2 45 3 50 4 60 228 5 45 94 139. 6 40 124. 157 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 25 7 60 8 50 61 9 50 1 97 150 10 60 1 98 11 40 1 131 12 45 1 159 317 13 60 2 152 374 14 50 2 165 146 15 45 2 143 16 40 2 174 387 不同切削條件下的切削溫度仿真 切削熱和切削溫度。 不同切削條件下的切削力仿真 圖 41 顯示了切削過程的計算機模擬過程，也顯示了切屑的形成過程，即刀具自左向右水平勻速運動，切屑與工件在刀具的作用下分離，產生的切屑發(fā)生彎曲變形直切屑從工件上切除。在本文中采用的是最小時間步長和等時間步長的混合使用。 時間步長的確定 金屬切削過程是工件和刀具相互作用的過程。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 20 材料模型的建立 對切削進行模擬前，必須獲得金屬材料在真實切削過程 中隨應變、應變率和溫度變化的流動應力數據，這些數據必須真實反映高應變率（有的甚至高達 106/s），高溫 (1000℃以上 )和大應變 (應變 4 以上 )下的材料本構行為。 單元類型的選取對計算的精度和效率有很大的影響，對于切削這種幾何大變形及材料非線性問題，我們選取最為簡單的四個節(jié)點的四面體單元，這種單元適合自動重劃分網格技術。上面兩種現象的出現，使得在對初始工件用形狀比較規(guī)則的有限元網格進行離散，經過一段時間的增量加載計算后，部分網格產生畸變洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 19 現象，網格出現不同程度的扭曲。在模擬類型中選擇車削加工。 DEFORM3D 圖形界面，既強大又靈活，為用戶準備輸入數據和觀察結果數據提移了有效工具。 (2)前處理中自動生成邊界條件，確保數據準備快速可靠。針對切削加工的特點，本文選擇使用了 DEFORM3D 作為分析工具，下面對 DEFORM3D 做一個簡單介紹。 有限元分析包括以下三個階段： (1)預處理階段：進行實體造型或輸入實體造型，選用物體，指定機械屬性，劃分有限元，選用載荷和邊界條件，檢驗模型。這時由于在鈦合金的切削中切削速度對切削力的影響包括兩個方面切削溫度和切削瘤。 圖 21 切削力隨進給量的變化規(guī)律 050100150200250300 切削力（N） 進給量（ mm/r） Fx（ N） Fy（ N） Fz（ N） 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 13 從 圖 22 可以看出各切削力隨著切削深度的增大而增大，且切削深度的增大對影響比較明顯，而對 Fy 影響較小。 表 ：切削力隨切削速度變化的實驗條件 切削深度（ mm） 進給量（ mm/r） 潤滑方式 干切削 由于研究對象受到多種因素的影響，采用全面實驗法會使實驗的數量大幅增長，這就會增加試驗的成本和周期，甚至得到不準確的實驗結果，顯然這樣不合理。其綜合性能優(yōu)良，塑性和沖擊韌性高，因而在航空航天、船舶、化工及常規(guī)兵器等領域得到非常廣泛的應用。不僅其質量僅為鋼的 50％，且強度質量比比鉻鉬鋼高 28． 4％。其應用水平也成為衡量一個國家武器裝備先進程度，反映一個國家的軍事水平和軍事實力的重要指標。 (5)刀具易磨損：毛坯經過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大加大，加速刀具磨損。 (5)化學活性大 鈦合金高溫化學活性大，易與大氣中 O N H2和水蒸氣等產生強烈的化學反應生成氧化鈦、氮化鈦等物質。在 300C～ 500℃的溫度下，其強度約比鋁合金高 10 倍，這也是目前飛機上大量使用鈦合金代替鋁合金的重要原因之一。在 500℃ ～ 600℃ 的溫度下，仍保持其強度和抗蠕變性能，但不能進行熱處理強化，室溫強度不高 。 （ 4）針對車削鈦合金設計專門的車床，對加工外罩車零件某一工位設計出專用夾具 。因此，它的分析結果要比其他的通用有洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 限元分析軟件更具有可信性。 三、本文研究的主要意義 鈦合金由于獨有的材料特性，其應用逐漸從航空和軍事領域向汽車和民用領域擴展。 二、研究方法：有限元 分析 50 年代中期至 60 年代末，有限元法出現并迅猛發(fā)展，由于當時理論洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 2 尚處于初級階段，計算機 的硬件及軟件也無法滿足需求，有限元法和有限元程序無法在工程上普及。實踐證明，含鉭的硬質合金 YG6A(屬于細顆粒鎢鉆類硬質合金 )，由于加入了少量的稀有元素，提高了刀片耐磨性，代替了原有的 YG6X，其抗彎強度、硬度也都比 YG6X 高。分析了切削過程中切削溫度 的變化規(guī)律。但由于其特殊的材料性能使其加工效率比較低下，加工成本較大。有限元法逐漸成為切削過程的研究和仿真的一種有效手段。 在切削刀具方面國內目前主要使用鎢鉆類硬質合金刀具來切削加工鈦合金。但是對復雜的幾何形狀，復雜的邊界條件，解析法的應用就顯得很困難，常常不得不做出一些簡化，這就會帶來一定誤差，于是出現了數值解法。目前的商用有限元程序不但分析功能幾乎覆蓋了所有的工程領域，其程序使用也非常方便，只要有一定工程背景基礎的工程師都可以在不長的時間內分析實際工程項目，這就是它能被迅速推廣的主要原因之一。因此本課題選擇在普通車床上進行鈦合金的車型性能研究，具有更重要的現實意義。另外，本課題在其它研究的基礎上選擇 Ti 6Al4V(TC4)鈦合金的棒料為切削對象， 其主要內容為： （ 1） 對鈦合金的切削過 程進行研究， 分析各加工參數對切削力 影響關系 ， 研究其形成的原因 （由于實驗條件的限制，本文 將 已經做出的實驗結果 作為已知條件 ） 。 鈦又是同素異構體，在低于 882℃時呈密排六方晶格結構，稱 α 鈦；當高于 882 時呈體體心立方晶格結構，稱為 β 鈦。 三種鈦合金中最常 用的是 α +β 相鈦合金，而其中又以 Ti6AI4V應用最為普遍，幾乎占當今鈦合金使用總量的一半以上。但鈦對具有還原性氧及鉻鹽介質的抗蝕性差。 鈦合金的切削特點 鈦合金的硬度大于 HB350 時切削加工特別困難，小于 HB300 時則容易出現粘刀現象，也難于切削。因此，要求工藝系統(tǒng)應具有較好的剛性。 鈦合金在軍事方面的應用：鈦最早的應用，就是為軍事航空工業(yè)提供高性能材料。發(fā)達國家和世界知名體內植入物產品供應商都非常重視鈦合金的研發(fā)工作，推出了一系列新的醫(yī)用鈦合金材料，包括具有生物活性的鈦合金仿生材料，在醫(yī)用鈦合金材料的表面處理方面也做了很多專利性的設計與開發(fā)，賦予醫(yī)用鈦合金材料更好的生物活性以滿足人體的生理需要，從而達到使患者早日康復的目的。此外鈦制體育用品還有：擊劍防護面罩 、冰刀、釣魚桿、釣魚用繞線架、賽艇用 零部件、滑雪杖、雪鏟 、登山釘、田徑跑鞋用的注射成型 Ti． Fe系鞋底釘等等。其實驗方案的設定見下表： 表 為切削力隨進給量變化的單因素實驗方案，進給量 (mm/r)的水平設為： 、 、 、 、 、 、 。同時看出當切削力大于 時，各切削力隨著切削深度的增加而增加。切削深度一般應小于 1mm，而進給量在盡可能小的同時，要大于其硬化層的厚度，一般應在 。此外當速度由低速逐漸增大時會使積屑瘤增大，切削瘤增大使刀具的實際前角也增多，從而使切削力變小；當切削速度繼續(xù)增大時，積 屑瘤又逐漸減小。 (3)后置處理階段：有限元分析能夠用不同的方式顯示分析結果，以便明顯看出哪一部分是否失效和怎樣改進設計。系統(tǒng)中集成了在任何必要時能夠自行觸發(fā)自動網格重劃生成器，生成優(yōu)化的網格系統(tǒng)。 (7)具有 FLOWNET 和點跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力行程曲線等后處理功能。也可進入前處理進行更詳細的設置，如網格密度框。 (5)進入后處理界面對刀具和工件進行分析。因此，對于涉及大變形的復雜金屬加工過程，很難用一成不變的網格把變形過程模擬到底。另外，一個好的分離準則的臨界值在切削材料確定后，不應該隨著切削條件的變化而變化。 在模擬中，沒有設置把力作為固定工作的條件，一是切削力等都沒有確定，不好確定力的大小，二是增加固定力會引起不必要的后果，增加了工件的變形。剛塑性有限元采用增量法洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 21 求解大變形問題，是以增量加載 (變形 )過程來逼近連續(xù)塑性變形過程的實際規(guī)律。在切削過程 中，切削力直接決定著切削熱的產生，并影響刀具磨損、破損和使用壽命，工件加工精度以及已加工表面的質量等。由于仿真過程畢竟受到計算機硬件條件和軟件計算能力的限制，單元數目不可能無限的多，因此在切削刃周圍的切屑和母體發(fā)生分離時，原本相互作用的單元失去 了聯(lián)系，切削力就會發(fā)生一定程度的波動，在刀具的前刀面上，切屑與刀具的接觸面積比較大，接觸的單元數目比較多，切洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 23 屑的分離對切削力 (主切削力 )的影響不大，而后刀面與工件接觸面積比較小，接觸單元的數目比較少，節(jié)點分離的影響就十分明顯。如果切削熱投有及時地從切屑和工件傳導出去，切削區(qū)溫度就較高，使刀具磨損加快。 進給量增大，切削溫度也增大。切削力在切削過程表現出來的物理現象中是最穩(wěn)定，可重復性強，而又簡單易測的物理量。在這里設計主軸箱主要從主傳動系統(tǒng)的運動設計方面進行。接近電動機處的零件，轉速較高，從而轉矩較小，尺寸也就較小。因此，主傳動鏈任一傳動 組的最大變速范圍 Rmax = (imax/imin) ≤8~10。因為如果方案同號傳動軸的最高轉速相同，則變速范圍小的，最低轉速較高，轉矩較小，傳動件的尺寸也就可以小些。 （ 4）繪制轉速圖 先按傳動軸數及主軸轉速級數格距 lgφ畫出網格，用以繪制轉速圖。即先決定軸Ⅲ的轉速。查參考文獻[5]表 21，結果如下： ia1 = 1 Sz =?， 60， 62， 64， 66， 68， 70， 72， 74，? ia2 = 1/ Sz = ?， 60， 63， 65， 67， 68， 70， 72， 73， 75? ia2 = 1/2 Sz =?， 60， 63， 66， 69， 72， 75，? 從以上各行中可以看出， Sz =60 和 72 是共同適用的。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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，其設計基準為內圓 ?60 0+，為了盡可能減小定位誤差，應選擇 以內圓 ?60 0+。 定位誤差分析 （ 1）基準不重合誤差 定位基準和設計基準都是內圓 ?60 0+，故基準不重合誤差?B= 0。 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。 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 39 謝 辭