【正文】 削機理，一旦面對高速、超精密切削加工等工藝， 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 4 頁 共 66 頁 實驗的方法便很難獲得所需的相關(guān)參數(shù)，反而虛擬制造技術(shù)能夠縮短開發(fā)周期、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的市場競爭力。對刀具幾何結(jié)構(gòu) (前角，后角等 )進行優(yōu)化設計，進而可以采取措施減小切削力，提高金屬切除效率并改善加工表面質(zhì)量，優(yōu)化加工工藝等。通過閱讀文獻了解相關(guān)研究背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，我對于應用有限元法模擬切削過程有了更清楚的認識，本課題能夠全面地考量我在本科階段的分析動手能力、對于新理論的應用學習能力以及對于問題的探索研究能力，能夠完成本課題將是對我整個本科階段的最佳總結(jié)。有限元法在早期是以變分原理為基礎發(fā)展起來的，所以它廣泛應用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場中。 邊界元法 是一種及有限元法之后發(fā)展起來的一種新數(shù)字方法與有限元法在連續(xù)區(qū)域內(nèi)劃分單元的基本思想不同邊界元法只是在定義域 的邊界上劃分單元，用滿足控制方程的函數(shù)去逼近邊界條件。 采用大型有限元分析軟件 deform3d 對普通麻花鉆的鉆削力進行仿真研究。 研究方法 利用 cad 軟件建立參數(shù)化麻花鉆三維模型 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 5 頁 共 66 頁 建立麻花鉆的數(shù)學模型，對麻花鉆的鉆削過程受力進行理論分析 在 ansys 下對刀具進行強度分析，獲得 應變和應力分布圖 對麻花鉆進行模態(tài)分析，得到各個模態(tài)下的振型圖 在 deform3d 軟件下進行鉆削過程的模擬仿真 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 6 頁 共 66 頁 2 麻花鉆切削理論基礎 麻花鉆應用到的理論基礎 麻花鉆的組成 麻花鉆是孔加工過程中應用最廣泛的一種工具，即可在實心材料上鉆孔，也可將已有孔進行擴大。 麻花鉆的結(jié)構(gòu) 刀體：刀體是麻花 鉆的主要部分，它又分為切削部分和導向部分。隨著麻花鉆的刃磨變短，導向部分也是切削部分的準備部分。 刀柄：用于裝夾鉆頭和傳遞動力。為了減小麻花鉆與孔壁的摩擦 ，導向部分做有兩條窄的刃帶，且外徑磨有倒錐量，即外徑從切削部分向刀柄逐漸減少。為了增大鉆頭的強度，把鉆心做成正椎體，鉆心從切削部分向刀柄逐漸增大，其增大量每 100mm 長度為 。 所示。鉆頭主切削刃上某點的端面刃傾角是主切削刃在端平面的投影與該點基面之間的夾角。且主切削刃上 各點的端面刃傾角是變化的，愈靠近鉆頭中心端面刃傾角的絕對值愈大。由于主切削刃上各點的基面不同，各點的主偏角也隨之改變。 圖 前角 麻花鉆的前角 是正交平面內(nèi)前刀面與基面間的夾角。前角的值從外緣到鉆 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 8 頁 共 66 頁 心附近大約由 +30176。其切削條件很差。鉆頭后角不在主剖面內(nèi)度量，而是在假定工作平面（進給剖面）內(nèi)度量（見圖 7－ 36a）。 鉆頭的后角是刃磨得到的，刃磨時要注意使其外緣處磨得小些（約 8176。），靠近鉆心處要磨得大些（約 20176。）。 圖 橫刃斜角是在鉆頭的端面投影中，橫刃與主切削刃之間的夾角。 ~55176。 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 9 頁 共 66 頁 基面和切削平面 在分析麻花鉆的幾何角度時，首先必須弄清楚鉆頭的基面和切削平面。在鉆削時，如果忽略進給運動，鉆頭就只有圓周運動，主切削刃上每一點都繞鉆頭軸 線做圓周運動，它的速度方向就是該點所在圓的切線方向，如圖 中 A點的切削速度 垂直于 A 點的半徑方向， B 點的切削速度 垂直于 B 點的半徑方向。由于切削刃上各點的切削速度方向不同，所以切削刃上各點的基面也就不同。切削刃上各點的切削平面與基面在空間相互垂直，并且其位置是變化的。 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 10 頁 共 66 頁 圖 麻花鉆受力示意圖 包括橫刃和主刃上的軸向力徑向力 ， 。n(r/s),r=， d=20mm， n=320r/min,f= 工件材料 鋼 1 表 各主要參數(shù) 代入?yún)?shù)計算得 F=6337N，按比例施加在橫刃和主切削刃上。 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 11 頁 共 66 頁 3 麻花鉆的建模 Pro/ENGINEER Pro/ENGINEER 的概述 1985 年， PTC 公司成立于美國波士頓，開始參 數(shù)化建模 軟件的研究。進過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。 PTC 的 系列軟件包括了在工業(yè)設計和機械設計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能。是一款有設計到生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化。 Pro/ENGINEER 中麻花鉆的三維建模 創(chuàng)建毛坯 單擊文件 新建命令，彈出新建對話框。如圖 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 12 頁 共 66 頁 圖 創(chuàng)建環(huán)境選擇 創(chuàng)建拉伸特征。 定義草繪平面，如圖所示，單擊草繪按鈕，進入草繪環(huán)境。 圖 拉伸截面 單擊確定按鈕，在操控面板內(nèi)輸入深度值為 238，單擊確定按鈕完成。如圖 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 17 頁 共 66 頁 圖 草繪平面的選取 設置包絡的圓點，繪制圖形如圖 所示 圖 包絡原點的放置 單擊確定按鈕，繪制的包絡曲線如圖 所示。 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 20 頁 共 66 頁 圖 單一螺旋槽的創(chuàng)建 選擇可變掃描特征，單擊編輯 陣列，選擇中心軸為旋轉(zhuǎn)軸，陣列個數(shù)為 2 ，角度為 180，單擊確定，結(jié)果如圖 所示。 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 21 頁 共 66 頁 圖 橫刃曲線段選 取 單擊平面按鈕，已 top 面為基準，穿件 dtm1 基準面，如圖 所示，便宜距離為. 圖 面的創(chuàng)建 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 22 頁 共 66 頁 單擊草繪按鈕，已 DTM1 面為草繪平面，選擇呢草繪命令，參照選擇兩個端點，繪制圓弧。 圖 圓弧的繪制 .單擊邊界混合按鈕，選擇一圓弧和橫刃直線，單擊確定，如圖 所示。 圖 單邊實體化 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 24 頁 共 66 頁 對另外一邊用同樣的方法進行實體化，如圖 所示。 圖 麻花鉆 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 25 頁 共 66 頁 4 有限元數(shù)值分析理論與 ansys 軟件介紹 有限元方法分析過程概述 有限元法的基本思想是：把要分析的連續(xù)體離散化，即將連續(xù)體變換成為有限個單元所組成的組合體，這些單元體之間只是通過結(jié)點來連接和制約。在有限元中，常以結(jié)點位移作為基本未知量。然后利用插值函數(shù)確定單元集合體上的場函數(shù)。常見的單元有：桿單元，梁單元，三角形單元，矩形單元，四邊形單元，曲邊四邊形單元，四面體單元，六面體單元以及曲面六面體單元等等。 單元分析 建立各個單元的結(jié)點位移和結(jié)點力之問的關(guān)系式。 ANSYS 軟件介紹 ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 26 頁 共 66 頁 析軟件。 軟件功能簡介 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。軟件提供了 100 種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。這個模塊主要有兩部分內(nèi)容：實體建模和網(wǎng)格劃分。自頂向下進行實體建模時，用戶定義一個模型的最高級圖元，如球、棱柱，稱為 基元，程序則自動定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點。無論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運算來組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個實體模型。在創(chuàng)建復雜實體模型時，對線、面、體、基元的布爾操作能減少相當可觀的建模工作量。 自底向上進行實體建模時，用戶從最低級的圖元向上構(gòu) 造模型，即：用戶首先定義關(guān)鍵點，然后依次是相關(guān)的線、面、體。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應劃分。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。自適應網(wǎng) 格劃分是在生成了具有邊界條件的實體模型以后，用戶指示程序自動地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計算、估計網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達到用戶定義的求解次數(shù)。 點擊快捷工具區(qū)的 SAVE_DB 將前處理模塊生成的模型存盤，退出 Preprocessor ，點擊實用菜單項中的 Solution ，進入分析求解模塊。 ANSYS 軟件提供的分析類型如下： 結(jié)構(gòu)靜力分析 用來求解外載荷引起的位移、應力和力。 ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸分析。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。 結(jié)構(gòu)非線性分析 陜西理工學院畢業(yè) 設計 論文 第 28 頁 共 66 頁 結(jié)構(gòu)非線性導致結(jié)構(gòu)或部件的響應隨外載荷不成比例變化。 動力學分析 ANSYS 程序可以分析大型三維柔體運動。 熱分析 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導、對流和輻射。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設計和分析領(lǐng)域。分析結(jié)果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。另外，還可以使用三維表面效應單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對流換熱效應。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風等部件及其它電子設備的結(jié)構(gòu)動態(tài)性能分析。 Types 對話框?qū)⒊霈F(xiàn)。 “ Solid”。 ok。 指定材料性能 PreprocessorMaterial Props Material ModelsDefine Material Material