【正文】 再次感謝 秦老師 在非常時期，經(jīng)常不厭其煩的對我進(jìn)行指導(dǎo)和糾正。 Manufacture,20xx, (46): 51– 58 27 , pleteness evaluation and revision in fixture and ComputerIntegrated Manufacturing, 20xx, (21):368– 378 28 and of Cutting Force and Surface Generation in Dynamic Journal of Engineering for Industry. ,119, p160168. 38 致謝 四年的大學(xué)生活不知不覺中就要結(jié)束，在這段難忘的生活中，我有許多美好的回憶。Manufacture,1999,39:12851298 13 ′nchez,′lvarez,et characterisation of material100 adhered over cutting tool in the dry machining of aerospace aluminium of Materials Processing Technology,20xx,164– 165:911– 918 37 14 魏麗，鄭聯(lián)語 .改進(jìn)薄 壁零件數(shù)控加工質(zhì)量的進(jìn)給量局部優(yōu)化方法 .航空精密制造技 術(shù) , 20xx,37(4):1014 15 Kline W A,Devor R E,Lindberg prediction of cutting forces in end milling with application to cornering Journal of Machine Tool Design and Research,1982,22(1):712 16 Sutherl J W,Devor R improved method for cutting force and surface error ,.,1986,108:269279 17 , advanced FEA based force induced error pensation strategy in milling. International Journal of Machine Toolsamp。 3)實驗結(jié)果的驗證 由于實驗條件的不足，本文所得到的 軟件仿真結(jié)果，還需進(jìn)一步通過大量實驗檢驗，對仿真結(jié)果進(jìn)行更多的分析比較。 展望 多框體結(jié)構(gòu)件的設(shè)計是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的研究課題，存在許多亟待解決的問題。 五 種加工順序的模擬結(jié)果對比表明，隔框銑削加工順序?qū)α慵庸ぷ冃问怯杏绊懙模瑥牧慵淖畲笞冃瘟縼砜?，順序銑削與對角銑削模擬結(jié)果相差非常微小，誤差在 可以接受的 范圍內(nèi)，但是對角銑削加工引 起的加工變形較其他加工順序小，這一結(jié)論與加工試驗是一致的。因此， 對角銑削加工順序相對另外五種銑削加工順序來說對銑削變形 34 的影響最小，這和加 工現(xiàn)場情況是一樣的。這種外載荷的施加依據(jù)是銑削力克分為：切向力、進(jìn)給力和軸向力，刀具走向改變則施加在單元面上的載荷性質(zhì)也相應(yīng)變換。加工前，工件內(nèi)的殘余應(yīng)力處于自平衡狀態(tài)。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場對隔框加工順序的定義方式，將該零件的加工順序分為以下幾種情況： ⑴ 環(huán)形銑削：即從一端開始對框體進(jìn)行環(huán)形銑削； ⑵ 順序銑削：即從工件左端開始依次銑削每個隔框到另一端； ⑶ 奇偶銑削：即從工件的 一端開始，先銑奇數(shù)框，后銑偶數(shù)框； ⑷ 偶奇銑削：即從工件的一端開始，先銑偶數(shù)框，后銑奇數(shù)框； ⑸ 對角銑削：即從六框體的對角線進(jìn)行銑削加工； ⑹ 逆銑削：即和環(huán)形銑削相反對工件進(jìn)行銑削加工。編輯結(jié)果如圖 316 所示： 24 圖 316 關(guān)鍵字編輯 創(chuàng)建作業(yè) 在 job 功能模塊中，可以創(chuàng)建、編輯、提交作業(yè)，生成 INP 文件，監(jiān)控作業(yè)運(yùn)行狀態(tài)等。用同樣的方法把想要切除的 X 平面內(nèi)的六個腔體隱藏，最后得到圖 313 所示的模型： 22 圖 313 腔體示意圖 相互作用 有限元分析的對象一般情況下都包含多個部件，這些部件相互之間不是獨立的，而是存在著各種各樣 的相互作用，包括接觸關(guān)系和各種各樣的約束關(guān)系。 分析步 分析步功能模塊中，我們可以定義一系列分析步，設(shè)定自適應(yīng)網(wǎng)格、控制求解過程、改變 或創(chuàng)建輸出數(shù)據(jù)，以及設(shè)置診斷信息輸出、重啟動要求、自由度監(jiān)視等，由于本次分析比較簡單，所以只需要一個分析步。我們使用 Assembly 模塊生成實例，并且在整體坐標(biāo)系中把各個部件的實體相互定位起來，從而生成一個完整的裝配體 ，如圖 35 所示。 第 三 章 多框整體結(jié)構(gòu)件 材料去處 有限元模型的建立 14 材料模型介紹 建立模型 在 ABAQUS 軟件中建立將要加工的模型，加工的尺寸為 32mm11mm5mm的長方體工件，使其達(dá)到加工件的尺寸要求： 用 ABAQUS 軟件畫出加工的模型，草 圖模型 如圖 31 所示，然后再進(jìn)行拉伸處理可得圖 32 所示的模型 ： 圖 31 草圖進(jìn)行拉伸過程 15 圖 32 工件幾何模型（ 32mm11mm5mm） 定義模型的材料屬性 材料屬性的定義非常重要，關(guān)系加工過程的很多問題，材料模型包括材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準(zhǔn)則等材料的各種種類以非常的繁復(fù)，材料的屬性設(shè)置見下圖示圖 33：并將材料的基本屬性賦值到工件中，這樣工件材料將擁有定義的材料屬性，賦值后的工件將會變成淺藍(lán)色如圖 34。 基于上述描述，建立銑削加工的有限元分析模型遵守的原則即是根據(jù)工程分析的精度要求建立合適的模型模擬實際加工過程的有限元模型。 13 多框整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的有限元模型 在以往，有關(guān)切 削加工的有限元模擬技術(shù)主要集中在二元切削的研究，其成果在一定程度上為控制銑削殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和優(yōu)化加工工藝提供了理論依據(jù)，但是由于無法預(yù)測零件的變形，二元切削模擬結(jié)果的實際應(yīng)用存在一定的局限性。 多框整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的研究方法 多框整體結(jié)構(gòu)件銑削變形的力學(xué)描述 零件在銑削加工過程中，由于銑削力和銑削熱的作用，銑刀刀齒的前刀面對切削、后刀面對 已 加工表面的摩擦和擠壓作用而使以加工表面發(fā)生一定程度 的塑性變形，待刀具離開后，塑性變形部分限制了與其相鄰部分變形的彈性恢復(fù) ，結(jié)果使零件表層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。 對于每一步加載過程，由于應(yīng)力增量和應(yīng)變增量的關(guān)系是線性的，就不難用和線性彈性問題來處理完全類似的方法來計算。 將式（ ）兩邊左乘 ? ?? ?T?? ?? ，利用強(qiáng)化材料的 Mises 準(zhǔn)則式（ ） 以及塑性流動法則式（ ）可將式（ ）寫成 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? peTeTp dDdDdH ????????? ???????? ????????? ???? （ ） 由 ???d 與 ??pD 以及 ? ? ? ? ? ?peep DDD ?? 的關(guān)系，最后得到完整的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系： ?? ? ? ???? dDd ep? （ ） 式中 ??epD 通常稱為通訊社矩陣 。 最后通過簡化流動法則可化為： ? ? ? ????? ?????? dd （ ） 彈塑性應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系 工件材料超過屈服極限后，卸載是彈性的，它沿著和原點斜率大致相同的斜率作為卸載路徑，這表明卸載過程的不可逆性 。根據(jù) LevyMises 理論和 PrandtlReuss理論，塑性應(yīng)變增量與應(yīng)力狀態(tài)下的流動法則是： ? ? ? ????? ???dd p （ ） 11 式中比例因子是 dλ,它會隨著載荷大小以及材料內(nèi)點的位置而變化。 將式（ ）寫成增量形式為： pdHd ?? ?? （ ） 式中 H? 是強(qiáng)化階段曲線 ?? ?? 斜率。 與等效應(yīng)力對應(yīng)，定義等效應(yīng)變?yōu)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 21222222 2312 2 ?????? ?????????? zxyzxyxzzyyx ??????????? （ ） 稱對應(yīng)于塑性應(yīng)變增量的等效應(yīng)變?yōu)樗苄缘刃?yīng)變增量，記作 pd? (假設(shè)塑性變形狀態(tài)下不引起體積變化，故此時的 泊松 比 μ 可近似等于 )。 屈服準(zhǔn) 則 對于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的材料的屈服條件，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多假設(shè)和模型，工程中應(yīng)用最廣泛的是 Von Mises 屈服準(zhǔn)則，這也是本文采用的屈服準(zhǔn)則。這新的屈服應(yīng)力 σs1 通常在數(shù)值上既不等于材料的初始屈服應(yīng)力 σs，也不等于卸載時的應(yīng)力 σr1。 ⑶ 變形體中可分為彈性區(qū)與塑性區(qū)，加載與卸載都服從廣義胡克定律，但在塑性區(qū) ，加載過程服從塑性規(guī)律而在卸載過程中服從彈性的胡克定律。幾何非線性問題指的是大位移問題。 對于多框結(jié)構(gòu)零件，因?qū)嶋H變形在一定范圍內(nèi)的隨機(jī)性，要得到其加工變形規(guī)律，需要針對每一批具體變形零件進(jìn)行試驗研究分析，時間長，成本高，嚴(yán)重制約著變形控制技術(shù)的研究進(jìn)展。 多框體結(jié)構(gòu)件多因素綜合加工變形的分析技術(shù) 由多種因素綜合作用引起的多框結(jié)構(gòu)件加工變形預(yù)測分析目前還處于空白狀態(tài)。 主要研究的內(nèi)容是 多框體結(jié)構(gòu)件加工變形控制涉及的內(nèi)容比較繁雜 ，首先以加工變形機(jī)理研究為出發(fā)點，在必要的基礎(chǔ)技術(shù)理論的指導(dǎo)下，圍繞目前常見及新機(jī)種 考慮采用的材料 ——鋁合金預(yù)拉伸板材進(jìn)行加工變形控制工業(yè)方法研究，取得的技術(shù)成果將應(yīng)用于目前在制、在研機(jī)種的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工，并可為其他國防武器裝備零件的制造和研制提供技術(shù)參考。如果是后者，則必須重新計算。由于塑性應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系的這些特點，彈塑性有限元法比線彈性有限元法要復(fù)雜的多，求解起來也困難很多。物體在線彈性時，其應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)榫€性關(guān)系。 6 彈塑性有限元技術(shù) 利用有限元法對殘余應(yīng)力和加工變形進(jìn)行計算是目前工 程領(lǐng)域研究的一個熱點問題，研究內(nèi)容涉及殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、松弛、工件變形以及產(chǎn)品性能的影響等多個方面。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)控銑削加工在機(jī)械加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大多數(shù)學(xué)者又在銑削力、鉆削力的試驗研究方面取得了一定的突破，設(shè)計制造了精度很高的三向銑、鉆削測力儀，并得數(shù)據(jù)直接傳輸給計算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)學(xué)處理，進(jìn)而在車削力經(jīng)驗公式的基礎(chǔ)上建立計算銑、鉆削力的經(jīng)驗公式。我國的業(yè)內(nèi)學(xué)者也自建國以來對金屬切削過程進(jìn)行了科學(xué)研究，相繼建立起了各種計算切削力的理論方程。 1941 年， Ernst和 Merchant 在剪切理論的基礎(chǔ)上，提出 “最小能量 ”說； 1951 年， Lee 和 Shaffer在材料理想塑性的假設(shè)下，采用滑移線場理論對切削過程進(jìn)行了分析研究，建立了滑移線切削模型。 銑削力模型 銑削力是影響銑削過程的重要因素之一。它即涉及機(jī)床性能及裝夾系統(tǒng)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，又包含毛坯材料的 性能和狀態(tài)，以及零件結(jié)構(gòu)與加工環(huán)境的相互作用等問題，是一個非常復(fù)雜的非線性力學(xué)問題。 本論文主要針對多框類整體結(jié)構(gòu)件進(jìn)行加工變形的預(yù)測分析，將在理論分析 4 基礎(chǔ)上，充分利用計算機(jī)模擬技術(shù)與有限元分析方法，緊密結(jié)合工藝試驗與工藝分析，針對多框類結(jié)構(gòu)件進(jìn)行加工變形控制問題的深入研究。 Kline、武凱等人 [2,1520]對薄壁件銑削加工力學(xué)模型及因切削力引起的加工變形進(jìn)行了研究；郭魂 [3]等人通過理論分析、有限元模擬對零件的加工變形規(guī)律進(jìn)行了研究； Devor、孫杰等人 [2124]對如何控制薄壁件的加工變形從機(jī)床、刀具、工藝上進(jìn)行了 研究。為了解決這個問題，引入了有限元分析技術(shù)。康小明等人從工藝參數(shù)的角度出發(fā)研究了航空整體結(jié)構(gòu)件的加工變形規(guī)律，提出了抑制其變形的一些工藝措施；武凱等人 [2]進(jìn)行了切削力模型的試驗研究，并對切削力引起的薄壁單框類零件的加工變形進(jìn)行了研究；王樹宏等人 [3]對鋁合金預(yù)拉伸板厚板內(nèi)部初始?xì)堄鄳?yīng)力進(jìn)行了測量研究，分析了其對加工變形的影響。 等人 [813]針對切削加工的熱變形、殘余應(yīng)力變形和力變形提 3 出了誤差補(bǔ)償?shù)姆桨?。美國的三波公司早在十年前，依托密西根大學(xué)等著名大學(xué)，在政府和財團(tuán)的資金支持下，正在研究和開發(fā)能夠有效抑制整體結(jié)構(gòu)件加工變形的工藝路化理論和有限元模擬軟件。因此，開展加工變形的預(yù)測分析研究就變得十分重要。 研究現(xiàn)狀 航空多框整體結(jié)構(gòu)件加工變形通常有三個主要來源 [1]：已去除材料殘余應(yīng)力的釋放；刀具對工件的切削作用；工件在切削加工中的裝夾條件。然而，在航空薄壁件的銑削加工過程中，由于工件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及其弱剛度特征的存在，使得數(shù)值仿真技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)－切削力建模及加工變形的預(yù)測，至今還未得到突破性解決。同時從實驗準(zhǔn)備至完成所需的周期冗長，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)今市場對產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本的快速研發(fā)要求。由于剛度較差，在切削力的作用下，易產(chǎn)生加工變形，造成壁厚出現(xiàn)上厚下薄的尺寸超差