【正文】 ，重新劃分適合于計算的網(wǎng)格，然后再繼續(xù)進行計算。 單元類型的選取對計算的精度和效率有很大的影響，對于切削這種幾何大變形及材料非線性問題，我們選取最為簡單的四個節(jié)點的四面體單元，這種單元適合自動重劃分網(wǎng)格技術。 如 果由 其 它網(wǎng) 格 劃分 工 具 劃分 好 的模 型 輸入 到DEFORM3D 中，將不能重劃分網(wǎng)格。一個合理的分離準則只有真實地反應切削加工材料的力學和物理性質，才能得到合理的結果，例如切屑的幾何形狀、切削力、溫度和殘余應力分布等。目前，在有限元模擬中已經(jīng)提出了各種切削的分離準則，這些準則可以分為兩種類型：幾何準則和物理準則。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 20 材料模型的建立 對切削進行模擬前，必須獲得金屬材料在真實切削過程 中隨應變、應變率和溫度變化的流動應力數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須真實反映高應變率（有的甚至高達 106/s），高溫 (1000℃以上 )和大應變 (應變 4 以上 )下的材料本構行為。 采用已有的材料本構模型只能在一定程度上反映切削模擬的真實性，本文中使用的就是 DEFORM3D 材料庫中自帶的 Ti 6Al4V。在模擬中，我們假定工件是固定不動的，刀具以一定的切削速度作旋轉運動。 工件底面的 X， Z 方向的速度都設置為零，工件的前端面 Y 方向的速度設置為零，這樣工件在三個方向上都被固定了。 時間步長的確定 金屬切削過程是工件和刀具相互作用的過程。因此，在金屬切削加工過程中，工件以及切屑和刀具接觸是動態(tài)變化的。兩者的變化形成了工件與刀具的動態(tài)接觸表面。具體地說，先把整個連續(xù)變形過程分為若干增量區(qū)間，在每個增量區(qū)間內近似為準靜態(tài)變形處理，即以上一增量步求解結果 (如工件外形、接觸邊界、應變狀態(tài)、溫度場等 )作為本增量區(qū)間的分析考慮初始狀態(tài)，并認為各瞬態(tài)場量 (如速度場、應變率場等 )在該區(qū)間內恒定不變，一旦獲得收斂的速度場，則可根據(jù)該增量區(qū)間長度 (增量步長 )調整各狀態(tài)量，如此反復直至變形過程結束。在本文中采用的是最小時間步長和等時間步長的混合使用。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 22 第 4 章 仿真分析 概述 材料的切削性能是多方面的，相應地其評價指標也有很多種。同時這幾個指標中最為重要的是切削力。在生產(chǎn)中，切削力是計算切削功率，制定切削用量，監(jiān)控切削狀態(tài)，設計和使用機床、刀具、夾具的必要依據(jù)。 不同切削條件下的切削力仿真 圖 41 顯示了切削過程的計算機模擬過程，也顯示了切屑的形成過程，即刀具自左向右水平勻速運動，切屑與工件在刀具的作用下分離，產(chǎn)生的切屑發(fā)生彎曲變形直切屑從工件上切除。當?shù)毒叱跏记腥霑r，材料的塑性變形隨著刀具的向前推進而不斷增大，刀．屑接觸長度進一步增加，摩擦力逐步增大，并開始產(chǎn)生摩 擦熱，剪切帶也逐漸成形，切削力不斷增大。整個切削過程中切削力的變化如圖 42所示。采用第 2 章中建立的正交實驗因素的切削條件和刀具尺寸參數(shù)，分別進行多次仿真，最終得到如表 41 所示的切削力結果。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 24 圖 42 切削力 隨時間 變化曲線 圖 43 切削力隨模擬步數(shù)變化曲線 表 41 為切削力的仿真結果 切削速度 進給量 切削深度 Fx Fy Fz 1 40 2 45 3 50 4 60 228 5 45 94 139. 6 40 124. 157 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 25 7 60 8 50 61 9 50 1 97 150 10 60 1 98 11 40 1 131 12 45 1 159 317 13 60 2 152 374 14 50 2 165 146 15 45 2 143 16 40 2 174 387 不同切削條件下的切削溫度仿真 切削熱和切削溫度。切削熱主要有兩個來源，在刀具的切削作用下，切削層金屬發(fā)生彈性變形和塑性變形，這是切削熱的一個來源。切削熱在產(chǎn)生的同時，又由切屑、工件、刀具以及周圍的介質傳導出去。所以，研究切削熱和切削溫度的產(chǎn)生和變化規(guī)律，是研究金屬切削過程的重要方面。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 26 圖 44 切削溫度的分布 由于在切削機理的理論研究中，工件的最高溫度的變化是影響切削難易程度的和 刀具磨損的重要參考因素，所以本文按照表 41 的仿真次序得出不同切削條件下工件溫度的仿真結果 (表 42)。其原因是：當切削速度提高時，單位時間的金屬切除率成正比增多，刀具與工件及切屑間的摩擦加劇，消耗于切削層金屬變形和摩擦的功增加，因而產(chǎn)生大量的切削熱。但是，隨著切削速度的提高，單位切削功率和單位切削力有所 減小，因此，切削熱和切削溫度不會與切削速度成正比例增加。這是因為進給量增大使單位時間內的金屬切除量增多，消耗的切削功和由此轉化成的熱量也將增加，使切削溫度上升。此外，當增大進給量后，切削厚度增大，由切屑帶走的熱量增多，同時切屑與前刀面的接觸長度變長，散熱面積增大。 切削溫度隨著切削深度的增加而增大，但是溫度增 加的不是十分明顯。 切削力的仿真結果與實驗結果的對比 金屬切削過程建模仿真的目的就是為了研究金屬切削的機理，在實際洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 28 工作中，為設計機床、刀具、夾具，或者為選擇合理的切削用量提供參考和依據(jù)。而且切削力是反映切削過程的一個重要指標，它直接決定著切削熱的產(chǎn)生，并影響刀具磨損、破損、使 用壽命、工件的加工精度和已加工表面質量。 將仿真結果和試驗結果進行對比。切削力的平均誤差均在 4%左右，最小誤差不到 1%；最大誤差為 %。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 29 第 5 章 車床主軸箱及夾具設計 車床主軸箱的設計 針對鈦合金的切削特點，設計出適合的專用車床。 主傳動系統(tǒng)的運動設計有 :確定極限轉速、確定公比、確定轉速級數(shù)、確定結構網(wǎng)和結構式、繪制轉速圖、確定齒輪齒數(shù)和擬定傳動系統(tǒng)圖。 確定公比 此機床為生產(chǎn)率要求較高的專用機床，減少相對轉速損失是主要的，所以公比 φ取得較小，這里選定主軸轉速數(shù)列的公比為 φ = . 求出主軸轉速級數(shù) Z = lgRnlgφ +1 = lg +1 = ，取 Z = 12 確定結構網(wǎng)和結構式 （ 1）傳動組和傳動副數(shù)的確定 12=43 12=34 12=322 12=232 12=223 在上列兩行方案中，第一行方案有時可以省掉一根軸。如果用一個四聯(lián)滑移齒輪，剛會增加軸向尺寸，如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機構必須互鎖以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 30 第二行的三個方案可根據(jù)下述原則比較：從電動機到主軸，一般為降速傳動。如使傳動副較多的傳動組放在接近電動機處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。從這個角度考慮，以取 12=3 2 2 的方案為好?？赡艿牧N方案，其結構網(wǎng)和結構式見下圖。 圖 51 結構網(wǎng)方案 在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動比imin ≥ 1/4；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大轉速比imax ≤ 2。在設計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小。因為其它傳動組的變速范圍都比它小。方案 d 和 f， x2 = 4,p2 =3,R2 = φ4(3?1) = φ8 = 16 Rmax， 是不可行的。原則是選擇中間傳動軸變速范圍最小的方案。比較圖 51 的方案 a、 b、 c、 e，方案 a 的中間傳動軸變速范圍最小，故方案 a 最佳。 Y 系列電動機高效、節(jié)能、起動轉矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。 (2)分配總降速傳動比 總降速比為 30/1320=1/44,考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉速數(shù)列符合標準或有利于減少齒輪及徑向與軸向尺寸，并分擔總降速傳動比。 (3)確定傳動軸的軸數(shù) 傳動軸數(shù)＝變速組數(shù) +定比傳動副數(shù) +1=4。所選定的結構式共有三個傳動組，變速機構共需 4 軸。故轉速圖需 5 條豎線，主軸共 12 速，電動機軸轉速與主軸最高轉速相近，故需要 12 條橫線。電動機軸轉速也應在電動機洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 32 軸上注明。通常，以往前推比較方便。 傳動組 c 的變速范圍為，可知兩個傳動副的傳動比必然是前文敘述的極限值： ic1 = φ21 = 21, ic2 = 1φ4 = 14 這樣就確定了軸Ⅲ的六種轉速只有一種可能，即為 11 16 23 460、 660r/min。傳動軸 b 的級比指數(shù)為 3，在傳動比極限值的范圍內，為了 避免升速，又不使傳動比太小，可取 ib1 = 11, ib2 = 1φ3 = 軸Ⅱ的轉帶速確定為 3 460、 660r/min。電動機軸與軸Ⅰ之間為帶傳動，傳動比接近 1 2? = 1 φ2? 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 33 圖 52 主傳動轉速圖 確定公比 齒輪齒數(shù)的確定 （ 1）傳動組 a 如圖 52 所示的傳動組 a， ia1 = 1, ia2 = 1/, ia2 = 1/2。可取 Sz =72，從表中查出小齒輪齒數(shù)分別為 3 2 30。 （ 2） 傳動組 b 同上可得軸Ⅱ 上兩聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)分別為： 4 23。 （ 3） 傳動組 c 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 34 查表 , ic1 = 2， ic2 = 1/4 ic1 = 2時： Sz =?? ,10 10 10 10 10 110?? ic2 = 1/4時： Sz =?? ,10 10 10 10 10 10 110?? 可取 Sz =105. ic1 = 2為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為 35。 傳動系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 圖 53 主傳動系統(tǒng)圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 35 夾具設計 零件分析 這次設計的夾具主要用來加工 外罩車的 ?10 0+，外圓 ?18? 0 、 ?28及端面，其中 ?10 0+、 ?18? 0 都有一定的 形位公差 要求 。 其中定位心軸與零件的接觸配合很短，只限制了零件的兩個自由度。 切削力和 夾緊力的計算 確定夾緊力的方法通常有兩種：一是根據(jù)同類夾具的使用情況，用類比法 進行估算，這種方法在生產(chǎn)中應用甚廣，一是根據(jù)加工情況，確定出工件在加工過程中對夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，再將 此時工件所受的各種外力看作靜力 ，并用靜力平衡原理，計算出所需的夾緊力。安全系數(shù) K = K1K2K3K4。 所以 F′ = KFc = = (N) 顯然， F′是在螺母承受的范圍之內，故本夾具可安全工作。 （ 2）基準位移誤差 定位元件限位基面的尺寸為 ?60++ ，工件定位基面的尺寸為 ?60 0+，故基準位移誤差 ?Y= ? = 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 38 結 論 畢業(yè)設計已接近尾聲，回想這兩個多月的畢業(yè)設計生活，感覺它是我這大學三年的結晶。雖然過程很繁瑣，但我覺得很充實。同時也增強了我對這方面知識的興趣，也許它是我未來繼續(xù)學習深造的動力。在實驗的同時，得到切削三要素對切削力的影響，進一步驗證了它們之間的關系。像有些軸承的型號及功能，自己就未能把握好。 通過本次畢業(yè)設計，我對大學三年所學的知識有了一個系統(tǒng)的總結，形成了完整的知識體系， 構成了一個知識網(wǎng)絡， 拓展了知識面 。 對于設計的欠缺，我會在以后的學習和工作中加以改進，有所創(chuàng)新，爭取在機械領域有所成就。 本次設計一開始，李老師就幫助我們查閱資料 、選題、選擇 方案，甚至小到一個軟件的安裝。不僅佩服李老師的專業(yè) 知識 水平，他的治學嚴謹?shù)木?也 是我學習的榜樣， 這些 將會影響我今后的學習和工作。在這里請接收我真心的謝意。今后無論走到哪里，我都不會忘記這段快樂的時光，謝謝你們。 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 40 參考文獻 [1]李傳民，王向麗，閆華軍 . 金屬成形有限元分析實例指導教程 . 北京 : 機械工業(yè) 出版社 , [2]張莉，李升軍 . DEFORM 在金屬塑性成形中的應用 . 北京 :機械工業(yè)出版社 , [3]成大先 . 機械設計手冊 .單行本 .機械制圖、極限與配合 . 北京 :化學工業(yè)出版社 , [4]陸劍中，孫家寧 . 金屬切削原理與刀具 . 北京 :機械工業(yè)出版社 ， 2021 [5]黃鶴 汀 . 金屬切削機床設計 . 北京：機械工業(yè)出版社 ， 1999： 2549 [6]劉小年，陳婷 . 機械制圖 . 北京 :機械工業(yè)出版社 ， [7]張展 . 齒輪設計與實用數(shù)據(jù)速查 . 北京 :機械工業(yè)出版社 ， [8]于惠力，馮新敏 . 傳動件設計與實用數(shù)據(jù)速查 . 北京 :機械工業(yè)出版社 ， [9]張建中，何曉玲 . 機械設計 機械設計基礎課程設計 . 北京 :高等教育