【正文】 在某種情況下，這層附著材料被流動切屑的下面撕裂和轉(zhuǎn)移。(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。每個傳感器包含三對石英板，一個對壓力敏感的在z方向，另外兩個對應(yīng)于剪應(yīng)力的各自在x方向和y方向。那就是說，銑刀與工件的嚙合時間是立銑回轉(zhuǎn)周期的1/7。探索切削力變化與刀具磨損增長之間的關(guān)系對于開發(fā)一種有效的刀具狀態(tài)監(jiān)控策略[13]是非常重要的。C下查出的耐腐蝕性[1]。E. Budak and Y. Altintas. Flexible milling force model for improved surface error predictions. Engng System Design and :ASME (1),89~94.[14]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。3. 隨著切削的進(jìn)行，厚度逐漸變小，要及時的調(diào)整切削的頻率，尋找到兩種厚度的共同共振振幅最小點。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。㎜時的固有頻率的特點。劃分后的結(jié)果如圖所示：4. 模態(tài)分析設(shè)置及加載。 擴(kuò)展模態(tài)。但由于集中質(zhì)量矩陣是對角陣，故計算簡單，節(jié)省內(nèi)存和機(jī)時，因而使用更為普遍。進(jìn)行模態(tài)分析有許多好處：可以使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或以特定的頻率進(jìn)行振動（例如揚(yáng)聲器）；使工程師認(rèn)識到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力載荷是如何響應(yīng)的；有助于在其他動力估算中求解控制參數(shù)（例如時間步長）。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。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）。 Z =3。 =5mm。、圓周刃和端面刃切削幾乎同時開始，同時結(jié)束。 Z =3。 一臺標(biāo)準(zhǔn)的CNC車銑加工中心，至少應(yīng)包括X、Y、Z、B和C五個軸，其中三至五軸可聯(lián)動。尤其重要的是對于大型鍛件毛坯，工件的超低轉(zhuǎn)速將消除因工件偏心而引起的振動或徑向切削力的高頻周期變化，這些特點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。 目前，對于車銑技術(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。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。(4). 使用ANSYS對薄壁圓筒進(jìn)行諧響應(yīng)分析。毫無疑問，該工作代表著目前最有成效的研究成果。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、薄壁件的低熔點合金支持法、夾具特性分析與夾緊優(yōu)化分析等。對薄壁件用數(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的預(yù)評估模型，掌握加工時的動力學(xué)特性對加工精度的影響。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文薄壁圓筒銑削的動力學(xué)分析設(shè)計畢業(yè)論文目 錄1 緒 論 1 1 5 5 6 7 82 車銑加工方法 9 9 10 車銑技術(shù)的主要特點 11 車銑技術(shù)的主要內(nèi)容 12 正交車銑運(yùn)動學(xué) 12 車銑中的圓周刃、端面刃切削力 13 主要切削參數(shù)對圓周刃、端面刃切削力 163 薄壁回轉(zhuǎn)體靜力分析 18 18 18 17 17 18 TC4薄壁件的靜力分析流程 19 后處理 21 本章小結(jié) 244 薄壁回轉(zhuǎn)體的模態(tài)分析 25 25 25 模態(tài)分析的基本步驟 29 29 29 30 31 TC4薄壁件的模態(tài)分析流程 31 后處理 31 31 41 本章小結(jié) 445 薄壁回轉(zhuǎn)體的諧響應(yīng)分析 46 諧響應(yīng)分析的基本概念 46 諧響應(yīng)分析的基本步驟 46 46 47 47 TC4薄壁件諧響應(yīng)分析流程 48 49 49 50 50 53 本章小結(jié) 56結(jié)論 57致謝 58參考文獻(xiàn) 59附錄A 英文原文 61附錄B 漢語翻譯 741 緒 論 論文研究背景及意義隨著我國汽車工業(yè)，國防工業(yè),航空工業(yè)的飛速發(fā)展和不斷進(jìn)步，各類薄壁回轉(zhuǎn)體零件也不斷涌現(xiàn)，薄壁回轉(zhuǎn)體工件的精密加工卻是機(jī)械加工業(yè)的一個難點，因為此類零件的剛度很差，加工過程中力變形、熱變形比較嚴(yán)重，零件的尺寸精度和形位精度難以達(dá)到加工要求，廢品率高，生產(chǎn)效率很低。我們就可以以此為依據(jù)對加工工藝進(jìn)行合理的優(yōu)化。但是，影響因素的復(fù)雜性使航空復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工變形成為飛機(jī)制造中的關(guān)鍵難點之一。另一方面，高速切削加工（High speed machining）過程的建模也得到了廣泛的重視，oze【14】使用有限元非線性軟件DEFOM2D研究了切削應(yīng)力、切削溫度的分布狀況。本章首先介紹了本論文的研究背景及現(xiàn)實意義，然后介紹了薄壁件變形研究的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，最后提出本論文的主要研究內(nèi)容及方法。正交車銑由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直，它不能對內(nèi)孔進(jìn)行加工，但在加工外圓表面時由于銑刀的縱向行程不受限制，且可以采用較大的縱向進(jìn)給，因此在加工外圓表面時效率較高。該中心在國家科學(xué)技術(shù)部“九五”重大攻關(guān)課題的資助下，在車銑技術(shù)的基礎(chǔ)理論、車銑工藝、CNC車銑加工中心的設(shè)計和制造等方向進(jìn)行著研究。 (5)工件轉(zhuǎn)速相對較低，加工薄壁件時幾乎沒有由于離心力產(chǎn)生的變形。在這樣一臺車銑中心上可實現(xiàn)車、銑、鉆、鏜等多個工序的一次裝夾完全加工，從而大大降低了重復(fù)裝夾誤差。 =2mm。圓周刃切削力對整個刀齒切削力的大小起主導(dǎo)作用，并且圓周刃在切削后半程切削力迅速降低。 切削深度對圓周刃、端面刃切削力的影響=10r/min。 =2mm。 加載。由此得到：根據(jù)經(jīng)驗公式進(jìn)行仿真得到圓周刃切削力和端面刃切削力由此取圓周切削刃力為55N。由于結(jié)構(gòu)的振動特性決定結(jié)構(gòu)對于各種動力載荷的響應(yīng)情況，所以在準(zhǔn)備進(jìn)行其他動力分析之前首先要進(jìn)行模態(tài)分析。本計算也采用了集中質(zhì)量矩陣。只有經(jīng)過模態(tài)擴(kuò)展才可以在后處理中查看振型。在analysis type中選擇modal,利用Block Lanczons法進(jìn)行分析而在模態(tài)分析中一般不加載結(jié)構(gòu)載荷和熱載荷，只在計算有預(yù)應(yīng)力的影響時才會考慮載荷。在工件切削時應(yīng)該避開這些固有頻率，在無法避免時，在第14階處切削工件的變形小，特別是在14階的固有頻率處切削變形最小。但在分析中可以包含非對稱矩陣，如分析在流體結(jié)構(gòu)相互作用的問題。在forcing frequency range中分別指定為0到20HZ和20HZ到200HZ兩組?？梢赃x擇100HZ。在和同班同學(xué)一起做畢業(yè)設(shè)計的過程中一起度過的快樂時光讓我終生難忘。, ,Process simulation using finite element methodprediction of cutting force, tool stresses and temperatures in high speed flat end milling. Manufact. 2000:40,713~738.[15]因此，鈦及鈦合金廣泛應(yīng)用于很多行業(yè)[2]。由于計算機(jī)數(shù)控機(jī)床(CNC)和高性能計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，高速加工展示了相對于傳統(tǒng)加工技術(shù)的一些超級優(yōu)勢，例如，提高生產(chǎn)率，優(yōu)質(zhì)的表面無毛刺邊緣，幾乎無壓力的組成部分等[2]。因此，由于切屑厚度變化引起的切削力周期性波動和刀齒的周期性切入切出是銑削過程中的一個基本特點。三個同軸電纜與電荷放大器（Kistler 5007型號）連接，電荷放大器由力臺測力，然后輸出電壓信號，送入一個高分辨率高頻的A/D數(shù)據(jù)采集板（CRAS AZ802型號 ），并且信號被記錄在一個24KHZ的取樣頻率中。因此，如圖B5所示在月牙洼處EDS顯微分析發(fā)現(xiàn)了微量的工件材料（鈦和鋁），此圖進(jìn)一步表明工件內(nèi)部成分?jǐn)U散到了刀具材料，并且留在了刀具的前刀面上。這必然導(dǎo)致顆粒從刀具拉出造成嚴(yán)重的月牙洼磨損。一旦切屑材料與刀具前刀面建立了一個緊密的界面層，在這樣條件下的持續(xù)很久的銑削將導(dǎo)致鈦的化學(xué)反應(yīng)性增加的刀具前刀面界面層的增厚。窄月牙洼寬度可能是由于切削鈦合金固有的較短的刀屑接觸長度和高的切削溫度集中在一個毗鄰切削刃的狹窄區(qū)域造成的。一個測力計（Kistler 9257A型號）主要由用高預(yù)緊力安裝在地板與頂板之間的三個測力傳感器組成。根據(jù)圖1，一次回轉(zhuǎn)的嚙合角可表示如下： （9）聯(lián)立公式7和9，一次回轉(zhuǎn)中刀齒與工件的嚙合時間是： （10）對于有一個鑲件的立銑來說，；與此同時。在線刀具磨損檢測方法中，切削力的信號是自動化生產(chǎn)過程中最常用的作為刀具磨損預(yù)測的指標(biāo)，因為切削力與刀具磨損增長有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，并且切削力的測量是非常簡單和直觀的[11, 12]。關(guān)鍵詞：Ti6Al4V合金；刀具磨損；切削力變化；高速立銑術(shù)語： 徑向切削深度（mm） 軸向切削深度（mm） 每齒進(jìn)給量（mm/tooth）， x,y和z方向的切削力（N）， 軸向，徑向和切向的切削力（N）L 一次操作的切削長度（mm） 當(dāng)切削工件時，立銑軸線與工件的距離（mm） 當(dāng)結(jié)束切削工件時，立銑軸線與工件的距離（mm）n 主軸轉(zhuǎn)速（r/min）r 立銑刀半徑（mm）t 一次切削操作的切削時間（s） 立銑回轉(zhuǎn)周期（ms） 一次回轉(zhuǎn)中刀齒與工件嚙合時間（ms） 切削速度（m/min）w 工件寬度（mm）希臘符號： 嚙合角（degree） 順時針測量的立銑刀相對于負(fù)y方向的瞬時角（degree） 刀具切入角（degree） 刀具切出角（degree） 引言在過去幾十年，鈦及鈦合金經(jīng)歷著廣闊的發(fā)展，這是因為它們具有獨特的性能，例如，在一定溫度下保持的高的強(qiáng)度質(zhì)量比、高的抗斷裂性能和在低于500176。, , Dynamic modeling for the prediction of surface errors in the milling of thinwalled sections, J. Mater. :25,215~228.[13]導(dǎo)師的諄諄教誨，學(xué)生將永記在心。2. 在相同頻率條件下。在這里我們對薄壁圓筒在切削點處（keypoint7）。這種分析技術(shù)只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動，發(fā)生在激勵開始時的瞬態(tài)振動不在諧響應(yīng)分析的考慮范圍之中。在ANSYS中建立了薄壁件的幾何模型，并成功建立劃分了網(wǎng)格得到了工件的有限元模型，施加了約束，㎜、㎜、1㎜、2㎜、3㎜、4㎜時的前15階固有頻率。采用總體控制單元大小，自由劃分的方式。在未加約束的方向上，程序?qū)⒔馑銊傮w運(yùn)動（零頻）以及高頻的自由體模態(tài)。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。 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）。由于在薄壁回轉(zhuǎn)體一端進(jìn)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。 r =20~100mm。 =1~2mm。 刀齒一次切削內(nèi)端面刃切削力的變化。 r =20mm。對于車銑用銑刀（特別是高效大進(jìn)給車銑粗加工用銑刀和高速高精度車銑精加工用銑刀）的研究，目前在世界范圍內(nèi)仍是車銑技術(shù)研究的前沿課題。 (4)由于切削速度是由工件和刀具的回轉(zhuǎn)速度共同合成，因此不需使工件高速旋轉(zhuǎn)也能實現(xiàn)高速切削，有利于對大型工件進(jìn)行高速切削。這些文獻(xiàn)所報導(dǎo)的研究成果對軸向車銑螺紋研究有著重要的參考價值，但對于車銑技術(shù)的全面研究還有很大的局限性。但由于它們的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行，如銑刀直徑小于其主軸箱體徑向尺寸時，就限制了銑刀的縱向行程，這種情況下不適宜用軸向車銑加工軸向行程較長的外圓表面或較深的內(nèi)孔表面。(3)．使用ANSYS對薄壁圓筒進(jìn)行模態(tài)分析。此外，該工作還提出了通過調(diào)整刀具進(jìn)給速度減小加工變形誤差的思路，并建立了滿足公差要求的進(jìn)給速度粗略近似比例計算方法。北京衛(wèi)星制造廠趙長喜、劉景祥[9]從組合工裝的設(shè)計方面對某型衛(wèi)星的艙體類零件進(jìn)行了研究，等等。由于加工過程極為復(fù)雜，很難憑借經(jīng)驗對整個過程進(jìn)行評估，因此，必須通過計算機(jī)仿真加以預(yù)測，以便對加工工藝和加工過程參數(shù)進(jìn)行選擇優(yōu)化。例如內(nèi)燃機(jī)汽缸的汽缸套是內(nèi)燃機(jī)中磨損最嚴(yán)重的零件之一，也是決定內(nèi)燃機(jī)大修期的重要零件。本課題旨在研究高速車銑薄壁件時的動力學(xué)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。在歐美