【正文】 的多種載荷，可以是相同或不相同的。分析了在不同厚度時(shí)的同一階的固有頻率的變化，得到了當(dāng)工件厚度很薄時(shí)即使在工件上切去很小一部分，此時(shí)它的固有頻率就發(fā)生很大的變化，每次切削厚度變化時(shí)很小時(shí)就要改變切削速度，在前一刀時(shí)你選的切削速度可能時(shí)很合適的，但是在下一次再在此處切削時(shí)就要換切削速度，如果不換，就可能引起共振，使工件的加工精度超差。分析了在厚度為3㎜處的固有頻率的變化規(guī)律，在第14階處變化小，特別是在第14階處變化最小。分析了在厚度為1㎜時(shí)的固有頻率變化的特性，在第12階處變化最小，特別時(shí)在7處變化最小。在工件切削時(shí)應(yīng)該避開這些固有頻率，在無法避免時(shí)，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。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(shí)的前15階固有頻率。 厚度與不同階固有頻率關(guān)系分析 利用Block Lanczons法解出不同厚度條件下前15階的固有頻率，如表： 表1 不同厚度條件下前15階的固有頻率 厚度階次1mm2mm3mm4mm123473．813567127．7689101112131415由表可知隨著厚度的增加，薄壁圓筒的固有頻率不斷增加，而對(duì)于同一厚度而言，隨著階次的增加，薄壁圓筒的固有頻率也在不斷增加為方便直觀的比較，研究厚度對(duì)于薄壁圓筒的固有頻率和最大變形量的影響作出一階條件下的關(guān)系圖：作出十階條件下的關(guān)系圖：由上面四個(gè)圖表可知：當(dāng)階次相同時(shí)，隨著厚度的增加薄壁圓筒的最大變形量逐漸減小，而固有頻率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。，波動(dòng)比較頻繁。,1mm,2mm,3mm處最大位移量上升，然后下降，在第七階處出現(xiàn)最大變形量的最小值。 當(dāng)厚度為1㎜時(shí)，工件屬于超薄壁結(jié)構(gòu)，工件特別容易因振動(dòng)而變形，由前15階固有頻率來看，從第一階固有頻率到第15階固有頻率，合位移等值線圖振動(dòng)時(shí)從大變形到小變形再到大變形， 根據(jù)1mm厚度的前十五階的振型如上所示，,2mm,3mm,4mm時(shí)前十五階的振型，并分別作出厚度不同時(shí)合位移的等值線。在Fre Range for 。薄壁件一端面固定不動(dòng)，故在其一端面施加全約束。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(jì)算有預(yù)應(yīng)力的影響時(shí)才會(huì)考慮載荷。采用總體控制單元大小，自由劃分的方式。網(wǎng)格的劃分采用網(wǎng)格劃分工具M(jìn)eshTool，此工具專門用于對(duì)CAD模型執(zhí)行網(wǎng)格劃分操作，并包含所有點(diǎn)線面的網(wǎng)格劃分所具有的同等功能。,。得到如圖所示的模型。建立一個(gè)外徑半徑為100mm厚度為1mm的薄壁圓筒。觀察結(jié)果包括固有頻率，已擴(kuò)展的振型和相對(duì)應(yīng)力分布（如果要求輸出）。如果指定了一個(gè)頻率范圍，那么只有在該頻率范圍內(nèi)的模態(tài)才會(huì)被擴(kuò)展。只有經(jīng)過模態(tài)擴(kuò)展才可以在后處理中查看振型。在未加約束的方向上，程序?qū)⒔馑銊傮w運(yùn)動(dòng)（零頻）以及高頻的自由體模態(tài)。如果在某個(gè)DOF處指定了一個(gè)非零位移約束，程序?qū)⒁粤阄灰萍s束代替該DOF處的設(shè)置。 加載。將原廣義特征值問題轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)orczos向量?jī)?nèi)三對(duì)角矩陣的標(biāo)準(zhǔn)特征值問題。其算法如下： 給定1Lorczos法就是近年來較為流行的一種解法。本計(jì)算也采用了集中質(zhì)量矩陣。在實(shí)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。一致質(zhì)量矩陣 （）式中為質(zhì)量密度；是形函數(shù)矩陣。對(duì)于r階自由度系統(tǒng)，則有r個(gè)固有頻率ω；而是對(duì)應(yīng)的振型向量。有限元法的基本思想是將彈性體離散成有限個(gè)單元 ()式中、和分別是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，和分別是結(jié)點(diǎn)位移和結(jié)點(diǎn)載荷向量?？梢詫?duì)有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，例如旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片。固有頻率和振型是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。模態(tài)分析也可以是另一個(gè)動(dòng)力學(xué)分析的起點(diǎn)，例如，瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，諧響應(yīng)分析或者譜分析等。由于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性決定結(jié)構(gòu)對(duì)于各種動(dòng)力載荷的響應(yīng)情況，所以在準(zhǔn)備進(jìn)行其他動(dòng)力分析之前首先要進(jìn)行模態(tài)分析。 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(dòng)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(gè)振型在多大程度上參與了振動(dòng)）。經(jīng)過后處理得到相應(yīng)的合位移云圖和應(yīng)力云圖，從合位移云圖得知薄壁回轉(zhuǎn)體各部分變形情況知道靠近切削點(diǎn)處的變形越來越大，遠(yuǎn)離切削點(diǎn)的變形越來越小。 本章首先簡(jiǎn)單介紹了靜力分析的基本概念和靜力分析的基本步驟。由此可知在厚度逐漸減小的過程中，薄壁回轉(zhuǎn)體承受的最大應(yīng)力逐漸增大。并且發(fā)生最大變形量的區(qū)域一般位于紅色區(qū)域，而紅色區(qū)域一般在切削點(diǎn)處附近，考查最大變形量即考慮切削點(diǎn)處的最大變形量即可。有限元計(jì)算完畢以后，使用ANSYS的后處理功能，利用計(jì)算出的箱體各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)位移，來確定各個(gè)單元的應(yīng)力大小，以及整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形情況。設(shè)定分析的類型為靜態(tài)線性過程（LINEAR STATIC）。由此得到：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(jiǎn)化約束，只在薄壁回轉(zhuǎn)體的端面施加零位移約束。,。得到如圖所示的模型。建立一個(gè)外徑半徑為100mm厚度為1mm的薄壁圓筒。觀察結(jié)果包括固有頻率，已擴(kuò)展的振型和相對(duì)應(yīng)力分布（如果要求輸出）。在未加約束的方向上，程序?qū)⒔馑銊傮w運(yùn)動(dòng)（零頻）以及高頻的自由體模態(tài)。如果在某個(gè)DOF處指定了一個(gè)非零位移約束，程序?qū)⒁粤阄灰萍s束代替該DOF處的設(shè)置。 加載。非線性靜力分析包括所有的非線性類型：大變形、塑性、蠕變、應(yīng)力剛化、接觸（間隙）單元、超彈單元等。靜力分析所施加的載荷包括以下幾種：外部施加的作用力和壓力；穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和離心力）；位移載荷；溫度載荷。靜力分析中的載荷：靜力分析用于計(jì)算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力?？墒牵o力分析可以計(jì)算那些固定不變的慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價(jià)靜力作用的隨時(shí)間變化載荷（如通常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載荷和地震載荷）。反之，對(duì)軸向剛度較弱的零件進(jìn)行正交車銑精加工時(shí)，使用較大的銑刀（其它參數(shù)不變，即切削線速度相應(yīng)增加）更有利于提高零件的加工精度。 銑刀半徑對(duì)圓周刃、端面刃切削力的影響 、端面刃切削力最大值的影響。 =2mm。 r =20~100mm。 =2000r/min。反之，對(duì)軸向剛度較弱的零件進(jìn)行正交車銑精加工時(shí)，采用大進(jìn)給小切深更有利于提高零件的加工精度。切削深度的增大對(duì)端面刃切削力基本沒有影響，但圓周刃切削力卻成正比增大，而軸向進(jìn)給量的增大對(duì)圓周刃切削力基本沒有影響，但端面刃切削力卻成正比增大。 =5~10mm。 Z =3。 =100mm。 切削深度對(duì)圓周刃、端面刃切削力的影響=10r/min。 =1~2mm。 r =20mm。 =2000r/min。 =0mm。 =3mm。 r =20mm。 =2000r/min。圓周刃切削力對(duì)整個(gè)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。 刀齒一次切削內(nèi)端面刃切削力的變化。 =5mm。 Z =3。 =100mm。=10r/min。由此可知圓周刃的瞬時(shí)切削力僅為銑刀轉(zhuǎn)角的函數(shù)，而端面刃的瞬時(shí)切削力不但是銑刀轉(zhuǎn)角的函數(shù)還是銑刀端面刃上一點(diǎn)到銑刀旋轉(zhuǎn)中心距離的函數(shù)。 =0mm。 =2mm。 r =20mm。 =2000r/min。 圓周刃、端面刃切削力 由切削力經(jīng)驗(yàn)公式得圓周刃的瞬時(shí)切削力為： 。（3）從銑削動(dòng)力裝置與被加工件相對(duì)位置可斷定，正交車銑更適于復(fù)雜結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)體的加工和長(zhǎng)軸類工件的加工。 （1）通過對(duì)正交車銑運(yùn)動(dòng)過程的分析，得到了進(jìn)給速度的矢量表達(dá)式，并由正交車銑運(yùn)動(dòng)的矢量模型，建立了描述銑刀相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的矢量表達(dá)式。 ，一個(gè)典型的正交車銑加工過程包括工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和銑刀的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。由于目前的控制系統(tǒng)主要針對(duì)車、銑、鉆等傳統(tǒng)工藝而開發(fā)，如應(yīng)用到CNC車銑中心上一般需要二次開發(fā)，且車銑運(yùn)動(dòng)是復(fù)合運(yùn)動(dòng)，因此如不很好地掌握車銑基礎(chǔ)理論，很難編制出好的車銑加工程序。在這樣一臺(tái)車銑中心上可實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆、鏜等多個(gè)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。對(duì)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。車銑基礎(chǔ)理論研究包括車銑運(yùn)動(dòng)學(xué)、車銑動(dòng)力學(xué)、已加工件的理論表面粗糙度以及車銑加工的切削過程等主要內(nèi)容，這些內(nèi)容是CNC車銑中心研制、車銑刀具選擇與設(shè)計(jì)以及車銑加工工藝制定的技術(shù)基礎(chǔ)，是車銑技術(shù)研究的難點(diǎn)之一。(4)需用車、銑、鉆、鏜等不同方法進(jìn)行加工的工件。(2)大型薄壁件回轉(zhuǎn)體的精加工。 由此可知，車銑技術(shù)特別適用于以下各類零件的切削加工。 (9)車銑是多刃切削，結(jié)合高速切削可較大地提高生產(chǎn)效率。 (7)使用較大的縱向進(jìn)給也能得到較小的表面粗糙度。 (5)工件轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，加工薄壁件時(shí)幾乎沒有由于離心力產(chǎn)生的變形。 (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(shí)現(xiàn)高速切削，有利于對(duì)大型工件進(jìn)行高速切削。 (3)與傳統(tǒng)車削相比，車銑極易實(shí)現(xiàn)高速切削，而高速切削的一切優(yōu)點(diǎn)可在車銑中得以體現(xiàn)。作為一種先進(jìn)的金屬切削方法，其主要優(yōu)點(diǎn)為： (1)車銑是間斷切削，因此無論加工何種材料的工件都能得到較短的切屑，易于自動(dòng)除屑。 目前，車銑技術(shù)正在逐步轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使用車銑工藝將會(huì)對(duì)金屬切削技術(shù)，乃至零件的設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用，使對(duì)零件的設(shè)計(jì)、加工由傳統(tǒng)方法轉(zhuǎn)向先進(jìn)制造領(lǐng)域。（4） 車銑用銑刀的研究。（2） 特種工件車銑工藝的研究。近期應(yīng)重視以下研究方向。該中心在國(guó)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(jì)和制造等方向進(jìn)行著研究。這些文獻(xiàn)所報(bào)導(dǎo)的研究成果對(duì)軸向車銑螺紋研究有著重要的參考價(jià)值，但對(duì)于車銑技術(shù)的全面研究還有很大的局限性。 國(guó)內(nèi)對(duì)車銑技術(shù)還沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的研究，20世紀(jì)六七十代在一些工廠的生產(chǎn)革新中出現(xiàn)過旋風(fēng)銑削，這是車銑的一種基本形式——軸向車銑的實(shí)際應(yīng)用。 車銑基礎(chǔ)理論是對(duì)車銑技術(shù)進(jìn)行全面研究的基礎(chǔ)，由于可以理解的原因，國(guó)外有關(guān)車銑基礎(chǔ)理論研究的文獻(xiàn)很少見到，特別是用數(shù)學(xué)方法對(duì)車銑運(yùn)動(dòng)和工件的表面特征進(jìn)行分析的文獻(xiàn)更難得到。開創(chuàng)了高速、超高速車銑新領(lǐng)域。這兩個(gè)研究中心是德國(guó)11個(gè)重要的機(jī)械研究中心中主要的兩個(gè)，各類實(shí)驗(yàn)用的機(jī)床、測(cè)試儀器及科研設(shè)備非常齊全，科研水平處于世界前列?！盾囥娂夹g(shù)》[2]中系統(tǒng)地研究了車銑技術(shù)的另一種基本加工方法—正交車銑，對(duì)正交車銑的運(yùn)動(dòng)原理、已加工件的表面精度、切削力、切削速度等進(jìn)行了開拓性的研究工作。在《生產(chǎn)技術(shù)》上發(fā)表了《用硬質(zhì)合金刀具銑削圓柱表面》一文[1]，詳細(xì)介紹了銑削圓柱表面時(shí)進(jìn)給量、切削速度等主要參數(shù)的選用，并對(duì)已加工件的表面精度進(jìn)行了