【正文】 對(duì)于簡(jiǎn)單的定義，則只需要單個(gè)對(duì)號(hào)設(shè)置即可，因?yàn)檐浖脑O(shè)計(jì)是一個(gè)材料特性對(duì)應(yīng)一個(gè)參考號(hào)，相應(yīng)的有一個(gè)有限元分析。定義單位制時(shí)，ansys軟件有多種單位供用戶選擇，但磁場(chǎng)分析例外，因此我們選擇符合我國(guó)習(xí)慣的單位制即可。在前處理模塊中，用戶可以借助軟件提供的實(shí)體建模工具和網(wǎng)格劃分工具有針對(duì)性的建立有限元實(shí)體模型；分析計(jì)算模塊主要功能是對(duì)建立好的模型做模擬作用，這其中包含如下的模型分析，有熱分析、流體力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)分析、聲場(chǎng)分析、多物理場(chǎng)地耦合分析以及壓電分析，軟件所提供的這些作用分析能夠很好的滿足需求，其具有靈敏度分析和優(yōu)化分析能力；后處理模塊也是將結(jié)果采用某種形式呈現(xiàn)出來，主要的顯示類型有，色彩等直線顯示、透明及半透明顯示、矢量顯示、粒子流痕跡顯示、剃度顯示、立體切片顯示等，軟件還提供圖表、曲線等形式輸出及其顯示。得到節(jié)點(diǎn)求解結(jié)果。(3)建立單元方程。在插值函數(shù)滿足一定要求時(shí)，求解的精度會(huì)隨著單元量的增加而不斷的精確，最終會(huì)成為所需要的解。有限元分析法在解決這類問題上比較有效，主要是利用離散的概念來解決問題，其優(yōu)點(diǎn)是處理問題中不再需要有限差分法建方程這個(gè)環(huán)節(jié)，但是需要注意的是在運(yùn)用有限元法時(shí)要有一個(gè)前提條件，那就是保證所求函數(shù)要連續(xù)，相比變分法其對(duì)函數(shù)的要求只是連續(xù)，不論是函數(shù)分段還是整體，且將解析解與數(shù)值解相結(jié)合了。變分法是屬于研究泛函數(shù)極值問題的方法，其泛函數(shù)的變量取決于函數(shù)的取值，其中所提到的這個(gè)函數(shù)需是連續(xù)函數(shù)。在做變性分析時(shí)，當(dāng)前比較流行的幾種數(shù)值模擬技術(shù)在加工工程技術(shù)中常用的有：有效差分法、邊界元法、有限單元法和離散型單元法，最為該領(lǐng)域所推崇的方法是有限元分析法，本章就借用有限元分析法對(duì)薄壁構(gòu)件的受力變形做模擬分析，并且對(duì)上面所論的定位與夾緊方案的合理性做出判定。在刀具直徑上的取舍，通常在諸如幾何參數(shù)、機(jī)床和構(gòu)件材料等相同的情況下，針對(duì)切削深度和寬度上，其設(shè)置的切削參數(shù)大直徑的刀具大，小直徑的小，且大直徑的刀具加工后的要比小直徑的大。依據(jù)金屬切削原理，切削力的影響因素有：刀具材料和幾何參數(shù)、工件的材料、切削深度、切削寬度、每齒進(jìn)給量、切削速度和銑削的冷卻方式。所以，需要對(duì)切削力的變化規(guī)律做一定程度的分析，發(fā)現(xiàn)最為適合加工時(shí)的參數(shù)，這項(xiàng)工作對(duì)整個(gè)生產(chǎn)加工有其重要意義。當(dāng)F不變時(shí)，K和U值可以彼此制約，其調(diào)整的具體方法是在加工平臺(tái)上增加加強(qiáng)筋，提升剛度，減小變形。通過還公式可以得到，減小變形需從三方面著手，即K提高F減小或者是KF不變下U減小。工程實(shí)踐告訴我們，工件受外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形。作用是引導(dǎo)方向。定位基準(zhǔn)位是底面，限制三個(gè)方向的自由度。定位與夾緊是兩個(gè)不可以分割的工作程序，其在機(jī)械加工業(yè)中，安裝構(gòu)件時(shí)，通常是先將構(gòu)件放在定位機(jī)構(gòu)中，目的是做好位置的確定，接著對(duì)其壓緊夾穩(wěn)固，目的是防止加工時(shí)由于各種力的作用使其位置發(fā)生變化或者震動(dòng)。結(jié)論是首選機(jī)械夾具。此種夾具在機(jī)械加工業(yè)中非常受用，任何表面平滑的物體都能平穩(wěn)的夾住，完成后續(xù)諸如切削、拋光等加工工作。當(dāng)前針對(duì)加工薄壁構(gòu)件普遍使用的裝夾方式有液壓可調(diào)夾具、真空吸附裝夾等。對(duì)于裝夾工件時(shí)，兩部分的先后順序要按照實(shí)際情況而定。路徑優(yōu)化方法刀具路徑的長(zhǎng)度 mmX向Y向最鄰近算法 本章簡(jiǎn)要介紹了高速切削工藝特征，討論了高速加工刀具路徑的要求，探討了粗、精加工時(shí)走刀的主要方式。其工作流程是遵照加工孔的坐標(biāo)值將其做排列，排列順序是由小到大的原則，如若出現(xiàn)X值等于Y值，當(dāng)X值大于其前邊的數(shù)值，則X向的順序要由大到小的原則排列X的順序，如果X值比前邊的值小，則要按照由大到小的選擇排列X的順序。(5)重復(fù)步驟3正交路徑法的適用條件是孔群類型相同，孔分布有規(guī)律。在國(guó)外的研究中，人們避開計(jì)算量比較大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，采用啟發(fā)式求解法，在解決實(shí)際問題時(shí)，在此基礎(chǔ)上用近似的方法過去問題的最優(yōu)結(jié)果，也就說TSP問題中最為簡(jiǎn)單的算法是近似算法，原理是逐層解算，尋找最優(yōu)答案，算法可描述如下:(1)將所有的需要遍歷的點(diǎn)(孔位坐標(biāo))放入數(shù)組ARRAY中，將數(shù)組STACK清零。實(shí)際上，這種路徑最短問題就是數(shù)學(xué)上的旅行問題，即TSP（traveling salesman problem）。所以，對(duì)于孔群的加工問題，最為關(guān)鍵的工作是要在加工前做好孔群加工路徑的規(guī)劃，具體講就是選取最短刀具路徑，換刀次數(shù)盡量少，刀具變向次數(shù)盡量少等。在CAD/CAM集成系統(tǒng)下的操作中，決定其構(gòu)件生產(chǎn)加工的質(zhì)量和效率的是數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)，對(duì)工藝的規(guī)程編寫和生成的數(shù)控代碼對(duì)刀具的走刀路徑有重大影響，主要體現(xiàn)在工件的加工精度、表面粗糙度和加工速度等。t表示加工余量，由幾何常識(shí)知道，t線在兩個(gè)圓弧的圓心的連線的延長(zhǎng)線上，則有:整理有， （）其中R1=,R2=,帶入整理后的公式得加工后。轉(zhuǎn)速 n進(jìn)給速度粗加工就是采用大口徑刀具對(duì)毛坯做初步加工。使用的刀具尖部要立銑刀，禁止有圓角的使用。鋁合金薄壁構(gòu)件的加工需要注意以下幾種情況的發(fā)生：（1）避開震動(dòng)區(qū)域。對(duì)于系統(tǒng)中的自動(dòng)刀柄干涉主要是當(dāng)高速加工時(shí)，刀具出現(xiàn)與材料不相符的使用時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示并且自動(dòng)進(jìn)行刀具的檢測(cè)。此外還需要注意的是若要得到合理的加工紋路和高速加工過程，需要控制好加工方向的合理選擇，同時(shí)控制好步長(zhǎng)。在②處，轉(zhuǎn)彎時(shí)使用此種方法可以使得刀具軌跡更加的平滑。術(shù)語中的擺線是一個(gè)圓繞著一個(gè)曲線做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓上某一固定點(diǎn)的軌跡。如此以來，可以使加工中的薄壁構(gòu)件具有較好的剛度。在高速加工過程中加工形式有兩種，粗加工和精加工。(3)切削過程中盡可能保持恒定的切削負(fù)荷及金屬去除率。加工敞口型腔處走刀時(shí)要從材料表面走；加工無型腔的封閉處要采用螺旋式走刀，在其局部區(qū)域切入。（5）要避開諸如刀具等急劇轉(zhuǎn)向不利運(yùn)動(dòng)。高速切削工藝技術(shù)的特征：（1）相比普通的加工，其主軸轉(zhuǎn)速和刀具的切削速度都相當(dāng)高。本章根據(jù)工件的材料屬性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了工件的加工難點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單個(gè)小槽加工的工藝規(guī)程，并選擇了高速加工用的刀具。通常情況下，高速切削的深度不會(huì)太大，為使刀具剛度有所提高和刀刃破壞概率有所下降，需要使切削刀刃處盡量取短。在切削鋁合金這種塑性材料時(shí)，因?yàn)榍行夹螤畛蓭?，所以最好采用大的刃傾角。對(duì)于刀具刀刃剛度而言，加大后角卻是不利的。在高速加工中所使用的刀具，其幾何參數(shù)主要有刀具的前角、后角和刀刃傾角。（5）導(dǎo)熱性極佳。（3）摩擦系數(shù)低。金剛石刀具的特點(diǎn)有如下：（1）硬度和耐磨性高。在高速加工時(shí)，進(jìn)給速度和切削深度會(huì)對(duì)材料和硬度有一定的影響。另外，目前由于人員費(fèi)用的增大及環(huán)境保護(hù)方面的要求，大力推廣使用PCBN刀具，充分發(fā)揮其潛在效能，提高切削加工技術(shù)水平也是具有重要意義的。與眾多材料摩擦系數(shù)相比，且此系數(shù)會(huì)因?yàn)槟Σ了俣鹊臏p小和壓力的減小而變大一些。從刀具壽命的角度，濕式切削對(duì)其是不利的，進(jìn)而在加工時(shí)選擇干式切削加工。其能耐熱性為HV1400－1500，溫度在八百攝氏度時(shí)是TiC/Al2O3為常溫硬度，所以，切削加工時(shí)產(chǎn)生的高溫能夠軟化材料卻可以使硬度更強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)加工，并且對(duì)刀具的使用壽命影響小。為此，介紹PCBN刀具材料性能如下：（1）硬度和耐熱性高。PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具，在高溫的時(shí)候還能保持高硬度的特性，主要做加工鐵件之用。5）熱導(dǎo)率低且強(qiáng)度和韌性差。另外三氧化二鋁在高溫狀態(tài)下不容易被氧化，所以適合在高速加工下產(chǎn)生的高溫中對(duì)工件做連續(xù)的切削。與硬質(zhì)合金做比，具有的特點(diǎn)如下：1）硬度和耐磨性更高其所具有的硬度數(shù)值為HRA93左右，耐磨性高于硬質(zhì)合金的五倍。由于高速加工中存在的一些原因外加鋼這種材質(zhì)中存在的不足，鋼刀具在高速加工中的使用率成下降趨勢(shì)，并且逐漸被硬質(zhì)合金和陶瓷刀具所替代。其主要的技術(shù)原理是在刀具面上加工上數(shù)道高性能材料，以此來達(dá)到充分發(fā)揮刀具自身優(yōu)勢(shì)的同時(shí)還能進(jìn)行高速切削工作。但是存在不能實(shí)用于高速銑削的缺點(diǎn)，那就是耐磨性和耐高溫性很差。傳統(tǒng)的高速狀態(tài)下的加工會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為解決這個(gè)問題，需要找到一種能夠耐得住高溫的材料制作銑削刀具。多片鑲嵌刀具的荷載作用于每一個(gè)刀片上，實(shí)體刀具的則作用在每個(gè)齒上。4)抗熱沖擊能力強(qiáng)等。從經(jīng)濟(jì)的角度，合理的選擇刀具和優(yōu)化參數(shù)，可以多方面提升刀具的性能，如加工效率、質(zhì)量、刀具的使用壽命、節(jié)約材料節(jié)省成本等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，刀具的材料和制造技術(shù)有了巨大的變化，其極大的推動(dòng)了刀具類型的擴(kuò)展和使用，當(dāng)前業(yè)內(nèi)主要使用的幾種刀具是陶瓷刀具、CBN刀具和金剛石刀具。下面就針對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要的刀具做初步分析，然后選擇合適的刀具。綜上所述，對(duì)于寬厚比大于160的構(gòu)件加工，其中槽的尺寸小且質(zhì)量上要求高的，結(jié)合鋁合金剛性差等原因，首要解決的問題是控制變形。(3)有分布規(guī)律的小槽出現(xiàn)在構(gòu)件上，且不是在同一條直線上，兩條直線之間存在危險(xiǎn)的位移差。分析了上文中工件的屬性和結(jié)構(gòu)，對(duì)加工構(gòu)件的過程中，還需要注意一下幾點(diǎn)：(1)工件壁薄難裝夾。，其結(jié)構(gòu)特征如下:（1）工件尺寸，單位是mm，長(zhǎng)度寬度壁厚，即27080；（2）矩形孔個(gè)數(shù)和倒角，表面孔數(shù)是352個(gè)且排列整齊，尺寸是10，倒角為≤，外加孔徑為3mm的通孔在左右下角。其他指標(biāo)在通常溫度下，其硬度HB為130，熱導(dǎo)率是190W（m.℃），℃。影響刀具選擇的因素主要有12種因素。存在的問題，如何簡(jiǎn)化加工模型、如何建立有限元模型、ansys軟件中如何建模等一系列的操作。（3）專用夾具設(shè)計(jì)和工件安裝方案的制定鋁合金構(gòu)件自身所具有的剛性差，受力諸如切削力、夾緊力和殘余應(yīng)力等的作用容易變形，因此，若想保證構(gòu)件的質(zhì)量，關(guān)鍵是要控制好其變形，而控制的主要措施是裝夾方案的制定。刀具的決定因素如下：刀具的形狀要順從構(gòu)件特征；其形狀由最小圓角確定刀具的尺寸參數(shù)；刀具的品牌或者說刀具的類型，要依據(jù)當(dāng)時(shí)市場(chǎng)情況和使用壽命而定；最后組合與整個(gè)機(jī)床工作，這其中要在完成幾何特征加工的基礎(chǔ)上，讓其切削力和構(gòu)件變形最小化。文獻(xiàn)[42]是采用Johnson2Cook（JC）模型對(duì)工件材料做模擬，采用的失效準(zhǔn)則是JC破裂模型，利用建立起來的有限元模型，分析了四種不同切削條件下的材料加工時(shí)切屑的形成過程，獲取了是相應(yīng)情況下的切削力，并且進(jìn)行對(duì)此分析，得到了相同加工條件下不同的不連續(xù)狀的切屑的形成，從切屑形成機(jī)理上，其不連續(xù)狀切屑的與在自由表面破裂的鋸齒狀切屑的是不相同的。并且通過是結(jié)果得出結(jié)論是：在2D平面應(yīng)變結(jié)構(gòu)中，在熱禍合的情況下，其在刀具前方的變形區(qū)內(nèi)和刀具經(jīng)過的表面內(nèi)的主要應(yīng)力是殘余應(yīng)力，其數(shù)值是非常大。針對(duì)這方面的研究，其方法雷同，都是借助有限元軟件對(duì)其進(jìn)行分析，并且模擬出高速切削加工過程中出現(xiàn)的工件變形、切削、應(yīng)力分布、溫度場(chǎng)等。 文獻(xiàn)[34]是研究薄壁構(gòu)件變形特點(diǎn)，將處在不同的切削區(qū)的切削模型做實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)[35]是通過理論分析了航空薄壁構(gòu)件在加工時(shí)的變形機(jī)理，同時(shí)建立了銑削力學(xué)模型。1993年Moriwaki等人使用有限元方法對(duì)無氧銅的微切削過程做了模擬，主要研究?jī)?nèi)容是刀具與工件之間溫度的分布情況。Lajczok于1980年建立正交切削模型，并且從實(shí)驗(yàn)中得到，在忽略切屑的前提下獲得了切削力。完畢后，斷磁，去除磁流液體，完成構(gòu)件的加工?；厩疤崾羌庸すぜ砻嫠璧臍堄鄳?yīng)力存在，從控制構(gòu)件加工變形的角度出發(fā)，對(duì)裝夾方案做優(yōu)化。文獻(xiàn)[21]中提到的射流法，其主要是用來加工大型薄壁構(gòu)件時(shí)控制變形的，工作機(jī)理是，在切削敏感方向使用高壓液體，對(duì)準(zhǔn)正在加工的工件部分噴射，這樣以來，可以起到浮動(dòng)支撐作用，進(jìn)而可以有效的減少切削力產(chǎn)生的加工變形。對(duì)此，大部分學(xué)者把鋁合金構(gòu)件加工過程中變形問題視為瓶頸問題。同類的采用路徑最短化優(yōu)化和X方向優(yōu)化路徑等，針對(duì)不同類型的混合加工的則是從工序上和路徑雙方向來考慮。在文獻(xiàn)[12]中，是運(yùn)用一種遺傳算法對(duì)刀具路徑排布的有話，文獻(xiàn)[13]是空群規(guī)律性排布下的正交優(yōu)化方法。對(duì)TSP(traveling salesman problem)做擴(kuò)展，就可以形成一種節(jié)點(diǎn)可變的廣義的旅行商問題（generalized traveling salesman problem，簡(jiǎn)稱GTSP）。 (4)順銑是高速切削的首選，其所具有的特點(diǎn)有，加工過程穩(wěn)定，對(duì)刀具損害小，加工出來的工件的見面質(zhì)量最好！機(jī)械化時(shí)代的到來，對(duì)生產(chǎn)效率有了一定程度上的要求，這是供求關(guān)系導(dǎo)致的，針對(duì)提高一個(gè)零件加工速度，主要從兩個(gè)時(shí)間來提高，即實(shí)際切削時(shí)間和刀具空行程時(shí)間，若想減少一個(gè)零件的加工時(shí)間，提高生產(chǎn)率，需要同時(shí)將兩種時(shí)間縮小，其可實(shí)行的策略其合理安排刀具加工路徑，也就是說要盡量的優(yōu)化路徑，盡量減少空行程時(shí)間。針對(duì)實(shí)際的高速加工零件，在路徑路徑編制過程中要參考文獻(xiàn)[7]中給出的原則設(shè)計(jì)刀具路徑，主要內(nèi)容有:（1）進(jìn)刀方式采用螺旋式或者圓弧式，并且是緩慢切入，其目的其盡量避免突變力的產(chǎn)生和延長(zhǎng)刀具的使用壽命。倘若忽視上面提出的改進(jìn)條件，其后果是要嚴(yán)重的，在切削過程中，設(shè)備如果打不到要求，就會(huì)在高速切削過程中產(chǎn)生切削荷載突變，這種突變力會(huì)加工的工件和設(shè)備自身帶來重大的沖擊，不但保證不了工件的加工質(zhì)量，甚至?xí)p壞機(jī)床。在高速切削加工工件的過程中，要依據(jù)工件的情況做恰當(dāng)?shù)倪x取，其選取的原則是：背吃刀量要取小，進(jìn)給速度要取大，切削時(shí)荷載盡量維持不變，銑削時(shí)取順，精加工時(shí)要保持連續(xù)性加工。 （5）做好成型前的熱處理工作這項(xiàng)工作主要是針對(duì)殘余應(yīng)力的，在工件成型前的熱處理，可以消除加工時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，對(duì)工件做調(diào)質(zhì)處理，可以除掉殘余應(yīng)力，同時(shí)對(duì)工件的硬度的提高有促進(jìn)作用，總之，可以提升工件質(zhì)量。當(dāng)進(jìn)行加工時(shí)選擇沿著順紋向進(jìn)行銑削加工，過程中存在刀具表面擠壓和與之工件的摩擦的影響，工件的表面伸長(zhǎng)會(huì)加大，因此會(huì)加大變形，是導(dǎo)向不利于加工要求的。借助實(shí)際經(jīng)驗(yàn)我們可惜大致得到影響其變形的原因有加工時(shí)受力變形、切削時(shí)熱集聚變形、機(jī)床運(yùn)作時(shí)振動(dòng)、殘余應(yīng)力變形、裝夾引起的變形等。作為研發(fā)新的加工技術(shù)的部門，采用有限元軟件對(duì)研發(fā)技術(shù)的輔助作用是巨大的，其方法可以替代做大