【正文】 力 ，并用靜力平衡原理，計(jì)算出所需的夾緊力。 （ 2） 傳動(dòng)組 b 同上可得軸Ⅱ 上兩聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)分別為： 4 23。傳動(dòng)軸 b 的級(jí)比指數(shù)為 3，在傳動(dòng)比極限值的范圍內(nèi)，為了 避免升速，又不使傳動(dòng)比太小，可取 ib1 = 11, ib2 = 1φ3 = 軸Ⅱ的轉(zhuǎn)帶速確定為 3 460、 660r/min。故轉(zhuǎn)速圖需 5 條豎線，主軸共 12 速，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，故需要 12 條橫線。 Y 系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。因?yàn)槠渌鼈鲃?dòng)組的變速范圍都比它小。從這個(gè)角度考慮，以取 12=3 2 2 的方案為好。 確定公比 此機(jī)床為生產(chǎn)率要求較高的專用機(jī)床，減少相對(duì)轉(zhuǎn)速損失是主要的，所以公比 φ取得較小，這里選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為 φ = . 求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z = lgRnlgφ +1 = lg +1 = ，取 Z = 12 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 （ 1）傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)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(shí)可以省掉一根軸。 將仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。此外，當(dāng)增大進(jìn)給量后，切削厚度增大，由切屑帶走的熱量增多，同時(shí)切屑與前刀面的接觸長度變長，散熱面積增大。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 44 切削溫度的分布 由于在切削機(jī)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(jié)果 (表 42)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 42 切削力 隨時(shí)間 變化曲線 圖 43 切削力隨模擬步數(shù)變化曲線 表 41 為切削力的仿真結(jié)果 切削速度 進(jìn)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)算機(jī)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(yùn)動(dòng)，切屑與工件在刀具的作用下分離，產(chǎn)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(shí)間步長和等時(shí)間步長的混合使用。 時(shí)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 材料模型的建立 對(duì)切削進(jìn)行模擬前，必須獲得金屬材料在真實(shí)切削過程 中隨應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度變化的流動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須真實(shí)反映高應(yīng)變率（有的甚至高達(dá) 106/s），高溫 (1000℃以上 )和大應(yīng)變 (應(yīng)變 4 以上 )下的材料本構(gòu)行為。 單元類型的選取對(duì)計(jì)算的精度和效率有很大的影響，對(duì)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(gè)節(jié)點(diǎn)的四面體單元，這種單元適合自動(dòng)重劃分網(wǎng)格技術(shù)。上面兩種現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得在對(duì)初始工件用形狀比較規(guī)則的有限元網(wǎng)格進(jìn)行離散，經(jīng)過一段時(shí)間的增量加載計(jì)算后，部分網(wǎng)格產(chǎn)生畸變洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 現(xiàn)象，網(wǎng)格出現(xiàn)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(qiáng)大又靈活，為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果數(shù)據(jù)提移了有效工具。 (2)前處理中自動(dòng)生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠。針對(duì)切削加工的特點(diǎn)，本文選擇使用了 DEFORM3D 作為分析工具，下面對(duì) DEFORM3D 做一個(gè)簡單介紹。 有限元分析包括以下三個(gè)階段： (1)預(yù)處理階段：進(jìn)行實(shí)體造型或輸入實(shí)體造型，選用物體，指定機(jī)械屬性，劃分有限元，選用載荷和邊界條件，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?。這時(shí)由于在鈦合金的切削中切削速度對(duì)切削力的影響包括兩個(gè)方面切削溫度和切削瘤。 圖 21 切削力隨進(jìn)給量的變化規(guī)律 050100150200250300 切削力（N） 進(jìn)給量（ mm/r） Fx（ N） Fy（ N） Fz（ N） 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)影響比較明顯，而對(duì) Fy 影響較小。 表 ：切削力隨切削速度變化的實(shí)驗(yàn)條件 切削深度（ mm） 進(jìn)給量（ mm/r） 潤滑方式 干切削 由于研究對(duì)象受到多種因素的影響，采用全面實(shí)驗(yàn)法會(huì)使實(shí)驗(yàn)的數(shù)量大幅增長，這就會(huì)增加試驗(yàn)的成本和周期，甚至得到不準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lǐng)域得到非常廣泛的應(yīng)用。不僅其質(zhì)量僅為鋼的 50％，且強(qiáng)度質(zhì)量比比鉻鉬鋼高 28． 4％。其應(yīng)用水平也成為衡量一個(gè)國家武器裝備先進(jìn)程度，反映一個(gè)國家的軍事水平和軍事實(shí)力的重要指標(biāo)。 (5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)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(xiàn)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(dòng)摩擦的路程大大加大，加速刀具磨損。 (5)化學(xué)活性大 鈦合金高溫化學(xué)活性大，易與大氣中 O N H2和水蒸氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)生成氧化鈦、氮化鈦等物質(zhì)。在 300C～ 500℃的溫度下，其強(qiáng)度約比鋁合金高 10 倍，這也是目前飛機(jī)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(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高 。 （ 4）針對(duì)車削鈦合金設(shè)計(jì)專門的車床，對(duì)加工外罩車零件某一工位設(shè)計(jì)出專用夾具 。因此，它的分析結(jié)果要比其他的通用有洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dú)有的材料特性，其應(yīng)用逐漸從航空和軍事領(lǐng)域向汽車和民用領(lǐng)域擴(kuò)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(xiàn)并迅猛發(fā)展，由于當(dāng)時(shí)理論洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 尚處于初級(jí)階段，計(jì)算機(jī) 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(shí)踐證明，含鉭的硬質(zhì)合金 YG6A(屬于細(xì)顆粒鎢鉆類硬質(zhì)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(qiáng)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(nèi)目前主要使用鎢鉆類硬質(zhì)合金刀具來切削加工鈦合金。但是對(duì)復(fù)雜的幾何形狀，復(fù)雜的邊界條件，解析法的應(yīng)用就顯得很困難，常常不得不做出一些簡化，這就會(huì)帶來一定誤差，于是出現(xiàn)了數(shù)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(lǐng)域，其程序使用也非常方便，只要有一定工程背景基礎(chǔ)的工程師都可以在不長的時(shí)間內(nèi)分析實(shí)際工程項(xiàng)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(jìn)行鈦合金的車型性能研究，具有更重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外，本課題在其它研究的基礎(chǔ)上選擇 Ti 6Al4V(TC4)鈦合金的棒料為切削對(duì)象， 其主要內(nèi)容為： （ 1） 對(duì)鈦合金的切削過 程進(jìn)行研究， 分析各加工參數(shù)對(duì)切削力 影響關(guān)系 ， 研究其形成的原因 （由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文 將 已經(jīng)做出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 作為已知條件 ） 。 鈦又是同素異構(gòu)體，在低于 882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱 α 鈦；當(dāng)高于 882 時(shí)呈體體心立方晶格結(jié)構(gòu)，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(yīng)用最為普遍，幾乎占當(dāng)今鈦合金使用總量的一半以上。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。 鈦合金的切削特點(diǎn) 鈦合金的硬度大于 HB350 時(shí)切削加工特別困難，小于 HB300 時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。 鈦合金在軍事方面的應(yīng)用：鈦?zhàn)钤绲膽?yīng)用，就是為軍事航空工業(yè)提供高性能材料。發(fā)達(dá)國家和世界知名體內(nèi)植入物產(chǎn)品供應(yīng)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(shè)計(jì)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(dá)到使患者早日康復(fù)的目的。此外鈦制體育用品還有：擊劍防護(hù)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?shù)鹊取Ｆ鋵?shí)驗(yàn)方案的設(shè)定見下表： 表 為切削力隨進(jìn)給量變化的單因素實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)給量 (mm/r)的水平設(shè)為： 、 、 、 、 、 、 。同時(shí)看出當(dāng)切削力大于 時(shí)，各切削力隨著切削深度的增加而增加。切削深度一般應(yīng)小于 1mm，而進(jìn)給量在盡可能小的同時(shí)，要大于其硬化層的厚度，一般應(yīng)在 。此外當(dāng)速度由低速逐漸增大時(shí)會(huì)使積屑瘤增大，切削瘤增大使刀具的實(shí)際前角也增多，從而使切削力變??；當(dāng)切削速度繼續(xù)增大時(shí)，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(jié)果，以便明顯看出哪一部分是否失效和怎樣改進(jìn)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中集成了在任何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，生成優(yōu)化的網(wǎng)格系統(tǒng)。 (7)具有 FLOWNET 和點(diǎn)跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力行程曲線等后處理功能。也可進(jìn)入前處理進(jìn)行更詳細(xì)的設(shè)置，如網(wǎng)格密度框。 (5)進(jìn)入后處理界面對(duì)刀具和工件進(jìn)行分析。因此，對(duì)于涉及大變形的復(fù)雜金屬加工過程，很難用一成不變的網(wǎng)格把變形過程模擬到底。另外，一個(gè)好的分離準(zhǔn)則的臨界值在切削材料確定后，不應(yīng)該隨著切削條件的變化而變化。 在模擬中，沒有設(shè)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(huì)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)際規(guī)律。在切削過程 中，切削力直接決定著切削熱的產(chǎn)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(zhì)量等。由于仿真過程畢竟受到計(jì)算機(jī)硬件條件和軟件計(jì)算能力的限制，單元數(shù)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(shí)，原本相互作用的單元失去 了聯(lián)系，切削力就會(huì)發(fā)生一定程度的波動(dòng)，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(shù)目比較多，切洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 屑的分離對(duì)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(shù)目比較少，節(jié)點(diǎn)分離的影響就十分明顯。如果切削熱投有及時(shí)地從切屑和工件傳導(dǎo)出去，切削區(qū)溫度就較高，使刀具磨損加快。 進(jìn)給量增大，切削溫度也增大。切削力在切削過程表現(xiàn)出來的物理現(xiàn)象中是最穩(wěn)定，可重復(fù)性強(qiáng)，而又簡單易測(cè)的物理量。在這里設(shè)計(jì)主軸箱主要從主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行。接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。因此，主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng) 組的最大變速范圍 Rmax = (imax/imin) ≤8~10。因?yàn)槿绻桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。 （ 4）繪制轉(zhuǎn)速圖 先按傳動(dòng)軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)格距 lgφ畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。即先決定軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速。查參考文獻(xiàn)[5]表 21，結(jié)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 54 外罩車零件圖 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，孔 ?10 0+，外圓 ?18? 0 對(duì) ?60 0+要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為內(nèi)圓 ?60 0+，為了盡可能減小定位誤差，應(yīng)選擇 以內(nèi)圓 ?60 0+。 定位誤差分析 （ 1）基準(zhǔn)不重合誤差 定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是內(nèi)圓 ?60 0+，故基準(zhǔn)不重合誤差?B= 0。 對(duì)于這次的車削鈦合金有限元仿真，主要是對(duì)切削力的仿真，通過和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，得到仿真的可靠度。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 39 謝 辭