【正文】 所以，熱擴散可以導(dǎo)致刀具表面削弱以致于附著力（圖B4a,b）磨損（圖B4a,B5）可以更容易地引起刀具材料移動。明顯地，在切屑的背面（圖B6）[14]也發(fā)現(xiàn)了WC顆粒和鈷原子。硬質(zhì)合金通常是一種合金，并且由幾個元素組成，(a)月牙洼掃描電鏡圖像 (b)月牙洼電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分析圖B5 月牙洼區(qū)域的工件材料痕跡(a)切屑背面的掃描電鏡圖像 (b)WC顆粒的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分析圖B6 切屑背面的WC顆粒例如，碳、鎢和鈷。值得注意的是，所有月牙洼磨損是從高切削刃[5]很小距離處開始的。此外，在高溫和高接觸應(yīng)力下，鈦合金切屑通過一個界面層在刀具前刀面和后刀面[9, 10]處與刀具保持很密切的接觸。需要補充的是，收集于高速立銑實驗的切屑也是用相同的SEM/EDS系統(tǒng)分析的。在高速立銑試驗中，x，y，z方向的瞬時切削力，和被CRAS數(shù)據(jù)采集/分析軟件記錄下來。沒有任何切削液的干切削用做銑削試驗。所有的立銑試驗都是在一個CNC上測試的。表B1 Ti6Al4V合金的化學(xué)成分（重量百分含量）表B2 室溫下Ti6Al4V合金的機械性能用于立銑實驗的切削刀具是一把直徑為25mm的立銑刀。 結(jié)果與討論 高速銑削試驗 試驗裝置圖B3 實驗裝置退火處理的(α+β)相鈦合金Ti6Al4V被挑選為工件材料，其化學(xué)成分和材料力學(xué)性能如表B1和B2所示。當(dāng)工件的寬度（w=100mm），立銑刀半徑（r=），并且徑向切削深度（=5mm），圖B2 切削長度示意圖切削長度（L）在一個方向是： （6）當(dāng)使用的主軸轉(zhuǎn)速n=1274r/min，立銑回轉(zhuǎn)周期（）和一次切削操作的切削時間（t）分別是： （7）和 （8），它近似等于1min。在材料去除的過程中，刀齒不得不承受瞬時切向力，瞬時徑向力和瞬時軸向力（刀具系統(tǒng)）。圖B1 順銑立銑過程的圖像 切削力分析一個立銑過程是一個多點的、中斷的切削過程，在這一過程中，刀刃與工件的接觸不是連續(xù)的，并且未切的切屑厚度隨主軸旋轉(zhuǎn)（即切削時間）的變化而變化。市場對于高加工效率需求的不斷增長已經(jīng)形成一個更可靠的加工過程監(jiān)控條件。各種刀具磨損檢測技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)來提高自動化制造系統(tǒng)的運行效率。因此，切削鈦合金的刀具磨損是由于在刀屑界面刀具材料粘附和擴散進(jìn)入流動的切屑。另一個鈦合金的顯著特征是非常高的化學(xué)反應(yīng)活性[7]。商業(yè)鈦合金根據(jù)它們的平衡機制適宜地分為α相,(α+β)相和β相合金三類，它是根據(jù)不同的種類和濃度的合金元素劃分的[3]?？勺鳛樽詣踊圃熘械毒吣p指標(biāo)的的變化與刀具的磨損增長是正相關(guān)的。在目前的研究中，干切削條件下用未涂層硬質(zhì)合金刀具加工Ti6Al4V合金的高速立銑正處于試驗研究階段。 J. Sun amp。, . Hwang, A predicted milling force model for highspeed end milling operation. . Tools Manufact. 1997:37,969~979.[16]Zheng Li ,Shun Yun,Ling Steven Y. Three dimensional cutting force analysis end milling[J].International Journal of Mechanical Sciences,1996,38(3)。L. Masset et al, A model for the prediction of form errors in face milling and ASME Design Engineering Technical Conf. September 12~15,1999,Las Vegas, Nevada, USA.[12]譚彪,1997:1,30~32.[8]魏麗,:37(4),10~14.[4]感謝我的家人給我學(xué)習(xí)上的支持，以及那些與我朝夕相處的同窗好友，他們給了我勇氣和信心。在本科期間，導(dǎo)師始終給予學(xué)生以關(guān)懷、教誨與幫助，整個課題的選題、研究到論文定稿無不傾注了老師大量的心血，在做畢業(yè)設(shè)計期間，我深深的被導(dǎo)師的高尚品德、淵博的知識和敏捷開闊的思路所折服，使學(xué)生不僅在學(xué)業(yè)上，也在做人方面終身受益。這些發(fā)生高階共振的位置也是最容易疲勞破壞的地方，在設(shè)計時應(yīng)重點考慮。根據(jù)應(yīng)力云圖得知薄壁回轉(zhuǎn)體所承受的最大應(yīng)力，然后根據(jù)材料所能承受的最大應(yīng)力可以理論上判斷切削是否合理，由此薄壁回轉(zhuǎn)體的靜力分析為切削提供了一些理論依據(jù)。 本章小結(jié) 用諧響應(yīng)分析模擬TC4薄壁圓筒在車銑時受到切削力激勵在不同頻率下的響應(yīng)，得到了薄壁圓筒在切削時振動幅值隨激勵頻率的變化曲線，找到了薄壁圓筒的共振頻率。 ，得出以下幾點結(jié)論：1. ，都在74HZ，140HZ。并在薄壁圓筒的端面處施加零位移約束。在切削時應(yīng)盡量避開這幾個頻率。對話框如圖所示。在復(fù)平面上，實軸表示相位角，只有施加多組有不同相位的載荷時，才需要分別制定其相位角。在analysis type中選擇harmonic然后在analysis options 中進(jìn)行設(shè)置選擇諧響應(yīng)分析中的完全法，對話框如圖所示 。 TC4薄壁件諧響應(yīng)分析的流程. 建模及定義TC4薄壁件的材料屬性及網(wǎng)格劃分。在諧響應(yīng)分析中所有施加的載荷都必須隨著時間按照正弦規(guī)律變化，且必須有相同的的頻率。諧響應(yīng)分析的目的是計算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)，并得到一些響應(yīng)值（通常是位移對頻率的曲線）從這些曲線上可以找到“峰值”響應(yīng)，并進(jìn)一步觀察峰值頻率對應(yīng)的 應(yīng)力。其輸出為每一個自由度上的諧位移，通常和施加的載荷不同；或其他多種導(dǎo)出量，例如應(yīng)力和應(yīng)變等。分析了在厚度為4㎜時的固有頻率的變化規(guī)律，在第10階處變化很小，特別是第在10階處變化最小。㎜時的固有頻率的變化特性，得到了在第15階處變形小，特別是在第7階固有頻率處變形最小。本章進(jìn)行的工作和結(jié)論有一下幾點：本章介紹了模態(tài)分析的基本概念和模態(tài)分析的有限元基礎(chǔ)。4mm厚度的薄壁圓筒從第五階處到第七階處最大變形量一直在緩慢上升。在1mm厚度情況下分析不同振型的固有頻率。本文分析的薄壁件沒有預(yù)應(yīng)力的影響，只需考慮它的邊界條件。該工具高度集成CAD模型網(wǎng)格劃分功能，操作簡單方便，適合大多數(shù)劃分網(wǎng)格的場合。 。 TC4薄壁件的模態(tài)分析流程。Fre Range for Expansion這是一種擴展模態(tài)數(shù)的方法?？梢允┘映灰萍s束之外的其他載荷，但他們都將被忽略。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）。生成 （i = 2，3，…r）求解 （）正交化 （）式中 （）正交化 （）式中 （）2在有限元分析中，系統(tǒng)的自由度很多，固有頻率和振型向量也比較繁雜，在研究時，往往只對少數(shù)較低的固有頻率和相應(yīng)的振型向量感興趣，因此在有限元分析中，發(fā)展了一些適應(yīng)上述特點的效率較高的算法。集中質(zhì)量矩陣它是將單元的分布質(zhì)量集中分配到單元的各個結(jié)點上，這樣得到質(zhì)量矩陣是對角矩陣，對于板殼單元，集中質(zhì)量矩陣還略去轉(zhuǎn)動項。當(dāng) =｛0｝，且忽略阻尼影響時，得無阻尼自由振動的動力學(xué)方程： （）對于簡諧振動，有： （）將（）代入方程（） （）方程（）是廣義特征值問題，式中ω是系統(tǒng)的固有頻率。如果要進(jìn)行模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)力學(xué)分析，固有頻率和振型也是必要的。使用ANSYS的模態(tài)分析可以確定一個結(jié)構(gòu)或者機器部件的振動頻率（固有頻率和振型）。根據(jù)應(yīng)力云圖得知薄壁回轉(zhuǎn)體所承受的最大應(yīng)力，然后根據(jù)材料所能承受的最大應(yīng)力可以理論上判斷切削是否合理，由此薄壁回轉(zhuǎn)體的靜力分析為切削提供了一些理論依據(jù)。當(dāng)考慮切削安全時，一定要考慮材料的屬性，即使調(diào)整切削力和切削深度，保證切削力不要超過材料所能承受的最大應(yīng)力值。 截取不同厚度條件下在同一切削力條件下的最大合位移量和應(yīng)變的結(jié)果圖形進(jìn)行分析： 由合位移云圖可知，、1mm、2mm、3mm、4mm時，、。加載及約束設(shè)定完成后，即可進(jìn)入ANSYS的求解器進(jìn)行計算。利用modeling中的cylinder創(chuàng)建兩個圓柱體，然后對這倆進(jìn)行布爾減。 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。從結(jié)構(gòu)的幾何特點上講，無論是線性的還是非線性的靜力分析都可以分為平面問題、軸對稱問題和周期對稱問題及任意三維結(jié)構(gòu)。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定；即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時間的變化非常緩慢。3 薄壁回轉(zhuǎn)體靜力分析 靜力分析的基本概念靜力分析計算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)隨時間變化的載荷的情況。 =5mm。 =100mm。因此在對徑向剛度較弱的零件進(jìn)行正交車銑精加工時，采用大切深小進(jìn)給更有利于提高零件的加工精度。 =2mm。 =2000r/min。 Z =3。 刀齒一次切削內(nèi)切削力的變化 主要切削參數(shù)對圓周刃、端面刃切削力的影響=10r/min。 Z =3。=10r/min。 =0mm。 r =20mm。 。 =5mm。 =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(dǎo)。由于正交車銑的加工對象主要為大型回轉(zhuǎn)體和長軸類零件，所以銑刀的直線進(jìn)給運動一般為軸向進(jìn)給運動，而很少采用徑向進(jìn)給運動[7,8]。 車銑加工的編程是車銑技術(shù)的又一難點。 車銑用銑刀與普通銑刀不同，由于車銑加工主要是用銑削方法加工回轉(zhuǎn)體，因此切削刃的前角、后角、刃傾角、主切削刃、副切削刃等主要幾何參數(shù)都不同于普通銑削。(3)大型回轉(zhuǎn)體工件的高速、超高速切削。 (10)多刃切削切削過程平穩(wěn)，刀具磨損小，這對新型難加工材料和大型回轉(zhuǎn)體毛坯的加工十分有益。 (6)當(dāng)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。如切削力比傳統(tǒng)切削可下降30%，切削力的下降就意味著引起工件變形的徑向力有明顯下降，這有利于提高薄壁件和細(xì)長件加工的形狀精度，由于切削力小，機床和刀具承受的負(fù)荷小，也有利于機床精度的保持。 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。（3） 新材料車銑加工性的研究。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。近年來，有些科研人員對旋風(fēng)銑削又進(jìn)行了一些深入的研究，但這些研究工作主要集中于旋風(fēng)銑削在螺紋加工中的實際應(yīng)用[27~51]。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。目前，德國的Aachen工業(yè)大學(xué)和Darmstadt工業(yè)大學(xué)都設(shè)有專門從事車銑技術(shù)研究的研究中心。 車銑技術(shù)的發(fā)展歷史 與其它科學(xué)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。軸向車銑由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行，因此它不但可以加工外圓表面，也可加工內(nèi)孔表面。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。切削速度由銑刀旋轉(zhuǎn)速度和工件旋轉(zhuǎn)速度共同決定，其中銑刀旋轉(zhuǎn)速度是決定切削速度的主要因素，特別是在高速、超高速車銑加工中，工件旋轉(zhuǎn)速度對切削速度的影響可以被忽略。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(dá)到使用要求的一種先進(jìn)切削加工方法。(2)．使用ANSYS對薄壁圓筒進(jìn)行靜力分析。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。