【正文】 前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。 ANSYS 程序自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 27 頁 共 66 頁 網(wǎng)格劃分 ANSYS 程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì) CAD 模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。 ANSYS 程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。 ANSYS 程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。用戶利用這些高級(jí)圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊、球、錐和柱。 實(shí)體建模 ANSYS 程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。 前處理模塊 PREP7 雙擊實(shí)用菜單中的“ Preprocessor” ，進(jìn)入 ANSYS 的前處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯 示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó) ANSYS 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I － DEAS, AutoCAD 等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí) CAD 工具之一。 3 程組，揭示結(jié)點(diǎn)外荷載與結(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，從而用來求解結(jié)點(diǎn)位移。其次，進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，單元?jiǎng)澐滞戤吅?，要將全部單元和結(jié)點(diǎn)按一定順序編號(hào)，每個(gè)單元所受的荷載均按靜力等效原理移植到結(jié)點(diǎn) 上，并在位移受約束的結(jié)點(diǎn)上根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置約束條件。 連續(xù)體的離散化 首先應(yīng)根據(jù)連續(xù)體的形狀選擇最能完滿地描述連續(xù)體形狀的單元。并對(duì)每個(gè)單元根據(jù)分塊近似的思想，假設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)近似地表示單元內(nèi)位移的分布 規(guī)律，再利用力學(xué)理論中的變分原理或其他方法，建立結(jié)點(diǎn)力與位移之問的力學(xué)特性關(guān)系，得到一組以結(jié)點(diǎn)位移為未知量的代數(shù)方程，從而求解結(jié)點(diǎn)的位移分量。當(dāng)連續(xù)體受到外力作用發(fā)生變形時(shí)，組成它的各個(gè)單元也將發(fā)生變形，因而各個(gè)結(jié)點(diǎn)要產(chǎn)生不同程度的位移，這種位移稱為結(jié)點(diǎn)位移。 圖 橫刃的創(chuàng)建 對(duì)橫刃進(jìn)行修改 ，螺旋槽收尾，完成結(jié)果如圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 23 頁 共 66 頁 圖 單邊混合 選擇編輯命令，實(shí)體化，如圖 所示。如圖 所示。 圖 雙螺旋槽的創(chuàng)建 創(chuàng)建橫刃 單擊曲線按鈕 經(jīng)過點(diǎn) 確定 選擇點(diǎn) 確定，得到橫刃曲線如圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 18 頁 共 66 頁 圖 包絡(luò)曲線 單擊可變剖面掃描，設(shè)置操控面板如圖 所示 圖 螺旋槽特征選取 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 19 頁 共 66 頁 繪制掃描截面如圖 所示 圖 掃描截面 單擊確定按鈕，去除材料，效果如圖 所示。如圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 14 頁 共 66 頁 圖 拉伸圓柱 單擊倒圓角按鈕，選取靠近 top面的邊界線，在操控面板內(nèi)定義如圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 15 頁 共 66 頁 圖 面的選取 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 16 頁 共 66 頁 圖 刀柄倒角 創(chuàng)建螺旋槽 創(chuàng)建螺旋線，單擊編輯 包絡(luò)命令，單擊操控面板內(nèi)的定義按鈕，選擇草繪平面。如圖 圖 草繪平面選取 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 13 頁 共 66 頁 單擊圓心和圓點(diǎn)按鈕，繪制直徑為 20mm 的圓，作為拉伸截面，如圖 所示。 在工具欄單擊拉伸按鈕，彈出拉伸操控面板，在操控面板內(nèi)單擊放置按鈕，然后但單擊定義，彈出草繪對(duì)話框。在其中選擇零件和實(shí)體單選按鈕，在名稱文本框中輸入 zuantou，單擊確定按鈕，進(jìn)入特征創(chuàng)建環(huán)境。基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫 功能的綜合性 MCAD 軟件。 Pro/ENGINEER 還提供了全面集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/。 1988 年， 的 Pro/ENGINEER 誕生了。本次設(shè)計(jì)主要分析鉆頭受軸向力的影響，所以磨檫力等不予考慮。 鉆削力和扭矩 主切削刃 橫刃 棱帶 軸向力 40 57 3 扭矩 80 10 10 表 麻花鉆受力分布 軸向力 F= (N) 切削功率 =2 （ W） 表 高速鋼麻花鉆切削力及功率計(jì)算公式 計(jì)算公式 單 位 d（ mm）； f（ mm/r） 。 圖 面 鉆削力的計(jì)算 在鉆頭的每個(gè)切削刃上都作用著三個(gè)力，如圖 所示。 切削平面：切削刃上任一點(diǎn)的切削平面是包含該點(diǎn)切削速度方向，而又切于該點(diǎn)加工表面的平面（圖 所示為鉆頭外緣刀尖 A 點(diǎn)的基面和切削平面）。不難看出，切削刃上任一點(diǎn)的基面就是通過該點(diǎn)并包含鉆頭軸線的平面。 基面：切削刃上任一點(diǎn)的基面，是通過該點(diǎn)，且垂直于該點(diǎn)切削速度方向的平面，如圖 所示。而后角愈大則Ψ愈小，橫刃的長(zhǎng)度會(huì)增加。它是刃磨鉆頭時(shí)自然形成的，鋒角一定時(shí)，后角刃磨正確的標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆橫刃斜角Ψ為 47176。這樣刃磨的原因，是可以使后角與主切削刃前角的變化相適應(yīng)，使各點(diǎn)的楔角大致相等，從而達(dá)到其鋒利程度、強(qiáng)度、耐用度相對(duì)平衡；其次能彌補(bǔ)由于鉆頭的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)而使刀刃上各點(diǎn)實(shí)際工作后角減少一個(gè)該點(diǎn)的合成速度角μ（見圖 中 ff 剖面）所產(chǎn)生的影響；此 外還能改變橫刃處的切削條件。 ~30176。 ~10176。在鉆削過程中，實(shí)際起作用的是這個(gè)后角，同時(shí)測(cè)量也方便。 后角 切削刃上任一點(diǎn)的后角 ，是該點(diǎn)的切削平面與后刀面之間 的夾角。減小到 30176。由于主切削刃上各點(diǎn)的基面不同，所以主切削刃上各點(diǎn)的前角也是變化的，如圖 所示。主切削刃上各點(diǎn)的主偏角是變化的，外緣處大，鉆心處小。如圖 所示 主偏角 麻花鉆主切削刃上某點(diǎn)的主偏角是該點(diǎn)基面上主切削刃的投影與鉆頭進(jìn)給方向之間的夾角。如圖 所示，其值總是負(fù)的。 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 7 頁 共 66 頁 圖 麻花鉆的角度 鉆頭實(shí)際上相當(dāng)于正反安裝的兩把內(nèi)孔車刀的組合刀具，只是這兩把內(nèi)孔車刀的主切削刃高于工件中心（因?yàn)橛秀@心而形成橫刃的緣故，鉆心半徑為 ） 端面刃傾角 為方便起見，鉆頭的刃傾角通常在端平面內(nèi)表示。 如圖。 麻花鉆的兩個(gè)刀齒靠鉆心連接，因而兩個(gè)主切削刃不通過鉆心，而相互距離一個(gè)鉆心直徑。直徑小的鉆頭為直柄。 頸部：是刀體和刀柄的連接部分，又是鉆頭打標(biāo)記的地方。切削部分擔(dān)負(fù)主要切削工作，導(dǎo)向部分在工作時(shí)起導(dǎo)向的作用?？杉庸た讖降姆秶鸀?。Deform3d 是 SFTC 公司開發(fā)的基于有限元分析的工藝仿真軟件，針對(duì)復(fù)雜的金屬成型過程，能夠分析各種成型、熱處理工藝，對(duì)加工過程中因工件材料、刀具材料的剪切變形、切削溫度內(nèi)應(yīng)力等因素進(jìn)行分析，是正確選擇刀具材料、刀具角度和切削用量以及進(jìn)行材料加工性分析的依據(jù) 。與有限元相比具有單元個(gè)數(shù)少，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。自從 1969 年以來，某些學(xué)者在流體力學(xué)中應(yīng)用加權(quán)余數(shù)法中的咖遼金法或最小二乘法同樣獲得了有限元方程，因而有限元法可應(yīng)用于以任何微分方程所描述的而各類物理場(chǎng)中，而不再要求這類物理場(chǎng)和泛函的極值有聯(lián)系。 有限元法（ finite element method ）是一種高效能，常用的計(jì)算方法。所以，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究切削過程中的金屬變形及其溫度分布等是目前最有發(fā)展前景的研究方法之一。對(duì)切削過程進(jìn)行虛擬仿真，研究金屬切削變形等物理現(xiàn)象的影響因素，可以幫助合理選擇參數(shù)工藝中的切削速 度，背吃刀量及進(jìn)給量 。 隨著全世界越來越多的研究學(xué)者和工程師的努力，有限元法分析已經(jīng)變得成熟和可靠，他們通過計(jì)算機(jī)所進(jìn)行的大量的模擬科學(xué)研究，獲得了大量寶貴的資料和成果。 2020 年李澤文、羅洪波、端正強(qiáng)和肖華軍對(duì)三角形刀片的切削過程進(jìn)行了有限元分析，獲得了不同切削用量對(duì)切削力、切削溫度、刀片應(yīng)力的影響，以選擇合理的切削用量來延長(zhǎng)刀具壽命。 2020 年華南理工大學(xué)的何振威、全燕鳴和樂有樹用 DEFORM2D 軟件建立了典型的正交切削模型，研究了高速切削中切削熱在切屑、工件和刀具部分的量化分配 規(guī)律。采用增量步移動(dòng)刀具的方 法，結(jié)合有限元分析軟件 MARC 的網(wǎng)格重劃分功能，模擬了刀具從初始切入到切削溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)的切削加工過程，獲得了不同切削深度和切削速度下的切屑形態(tài)、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變速率的分布。 2020 年合肥工業(yè)大學(xué)的謝峰和劉正士有限元法及彈塑性變形理論對(duì)二維金屬切削 陜西理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 論文 第 3 頁 共 66 頁 的變形過程進(jìn)行有限元分析，指出了金屬由彈性變形到塑性變形時(shí)單元?jiǎng)偠染仃囎兓囊?guī)律。 1960 年 Clough 在他的論文“平面分析的有限元法（ The Finite Element Method in Plane Stress Analysis）”中最先引入了有限元（ Finite Element）這一術(shù)語，一提出就引起了廣泛的關(guān)注。 國(guó)內(nèi)外的研究者在有限元分析法上都做了細(xì)致的研究，取得了很多卓越的成果，可也還是留下了一些發(fā)展的空間，讓我們后人去探索。有限元法有著強(qiáng)大的應(yīng)用能力，可以包含幾乎所有金屬切削過程的各個(gè)方面，可以同時(shí)解決在刀 —屑接觸面摩擦的應(yīng)力平衡方程、應(yīng)力 —應(yīng)變?cè)隽筷P(guān)系式、熱傳導(dǎo)方程、材料本構(gòu)方程和應(yīng)力特性方程。研究該領(lǐng)域的學(xué)者，都傾向于應(yīng)用有限元進(jìn)行切削過程分析建模，有限元法的優(yōu)點(diǎn)是讓計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)模擬整個(gè)切削的復(fù)雜過程。本文將采用有限元法研究切削過程中刀具幾何參數(shù)的變化對(duì)整個(gè)切削過程的影響。通過應(yīng)用有限元軟件進(jìn)行仿真模擬分析得出的數(shù)據(jù)與通過實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)基本吻合，說明仿真模擬具有很高的可靠性，可作為研究設(shè)計(jì)的依據(jù)。 隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，一些學(xué)者將其引入到切削加工領(lǐng)域，從而形成了仿真技術(shù)，使得利用有限元仿真方法來研究切削加工過程以及各種參數(shù)之間的關(guān)系成為可能。但研究切削過程也是一個(gè)非常復(fù)雜的課題，它不但涉及到多個(gè)學(xué)科的理論知識(shí)；切削的質(zhì)量又受到刀具幾何參數(shù)、工件材料、溫度分布、應(yīng)力和刀具磨損等影響；在切削加工中，切削表面的殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變又能嚴(yán)重影響了工件的精度和疲勞壽命。而一個(gè)產(chǎn)品的加工精度高低、質(zhì)量好壞取決于整個(gè)加工系統(tǒng)的性能，不是單一依靠某個(gè)環(huán)節(jié)的，包括了機(jī)床、夾具、刀具等。 作者簽名： 日 期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 陜 西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 III 目 錄 目 錄 ........................