薄壁圆筒铣削的动力学分析_毕业设计

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1、沈阳理工大学学士学位论文摘要薄壁回转体工件加工一直是机械加工业的一个难点，因为此类零件的刚度很差，加工过程中力变形、热变形比较严重，零件的尺寸精度和形位精度难以达到加工要求，废品率高，生产效率很低。本文根据高速切削和车铣技术的优越性，从建立切削薄壁回转体的动力学模型出发，应用大型有限元软件Ansys对薄壁回转体工件进行了静力分析，模态分析，谐响应分析。并详细分析了在不同厚度时的薄壁件的固有频率的变化关系以及它的合位移等值线图的变化规律，从厚度4㎜一直切到0.3㎜。由静力分析得出，薄壁回转体所能承受的最大应力和最大位移量；由模态分析得出，薄壁件的固有频率与工件的厚度关系

2、，并且和工件的材料与薄壁件的长度有关系，随着厚度的增大薄壁件的固有频率也随着增大。由模态分析得到的合位移等值线图看出，薄壁回转体的各阶的固有频率处的最大变形有很大区别，因此在进行切削时就要选择好刀具的切削频率。在同一位置，若切削速度选的不好就可能和薄壁件的固有频率一样，引起共振；由谐响应分析得出，在切削的过程中，在什么频率下切削引起的共振振幅最大，在切削过程中应尽力避开这几个频率切削。关键词：薄壁回转体，车铣，有限元，静力分析，模态分析，谐响应分析85沈阳理工大学学士学位论文目录1绪论11.1论文研究背景及意义11.2国内外研究现状51.2.1国内研究现状51.2.2

3、国外研究现状61.3研究的内容及方法71.4本章小结82车铣加工方法92.1车铣加工的定义92.2车铣技术的发展历史102.3车铣技术的主要特点112.4车铣技术的主要内容122.5正交车铣运动学122.6车铣中的圆周刃、端面刃切削力132.7主要切削参数对圆周刃、端面刃切削力163薄壁回转体静力分析183.1静力分析的基本概念183.2静力分析的基本步骤183.2.1建模173.2.2加载173.2.3观察结果和后处理183.3TC4薄壁件的静力分析流程193.4后处理213.5本章小结244薄壁回转体的模态分析254.1模态分析的基本概念254.2模态分析的有限元

4、基础254.3模态分析的基本步骤294.3.1建模294.3.2加载294.3.3模态扩展304.3.4观察结果和后处理314.4TC4薄壁件的模态分析流程314.5后处理314.5.1同一厚度时不同阶的最大合位移量分析314.5.2厚度与不同阶固有频率关系分析414.6本章小结445薄壁回转体的谐响应分析465.1谐响应分析的基本概念465.2谐响应分析的基本步骤465.2.1建模4685沈阳理工大学学士学位论文5.2.2进入ANSYS求解器475.2.3观察结果和后处理475.3TC4薄壁件谐响应分析流程485.3.1建模及定义TC4薄壁件的材料属性及网格划分49

5、5.3.2进行谐响应分析的设置495.3.3加载505.3.4观察结果及后处理和1mm厚度时振幅与频率之间的关系505.3.5比较0.5mm厚度和1mm厚度的薄壁回转体谐响应分析的结果535.4本章小结56结论57致谢58参考文献59附录A英文原文61附录B汉语翻译7485沈阳理工大学学士学位论文1绪论1.1论文研究背景及意义随着我国汽车工业，国防工业,航空工业的飞速发展和不断进步，各类薄壁回转体零件也不断涌现，薄壁回转体工件的精密加工却是机械加工业的一个难点，因为此类零件的刚度很差，加工过程中力变形、热变形比较严重，零件的尺寸精度和形位精度难以达到加工要求，废品率高

6、，生产效率很低。例如内燃机汽缸的汽缸套是内燃机中磨损最严重的零件之一，也是决定内燃机大修期的重要零件。随着人们对大功率轻质量小体积低油耗内燃机的不断追求，汽缸套变的越来越薄。如4JB1型柴油机的干式汽缸套，其外径为95mm，壁厚仅为1mm，内外壁表面粗糙度Ra0.2ｕm，重要尺寸公差和型位公差均为5级。在该类工件的切削加工中，内壁镗孔，珩磨和外圆磨削等工序常常产生强烈的振颤，加工后的缸套内壁和外壁会留下波浪型的振纹，严重影响了加工质量。又如某新型号炮弹，其材料为铝合金，药腔体直径200mm，壁厚仅为2mm，且腔体壁上还有一个40mm×40mm的方形通孔。现行工艺中在对

7、其内﹑外表面精车后，铣削方孔时工件常发生变形，废品率极高。纵上所述，影响复杂薄壁结构件加工变形的主要因素是：工件的原始残余应力、工件的装夹、工件的结构复杂程度、刀具的变形、工件受力变形、工件热变形、机床的精度与刚度以及其它因素等。在国外，随着高速切削技术的发展和应用，在航空制造中，一些大尺寸薄壁件，如：整体壁板、整体翼肋、整体隔框、以及变厚度蒙皮均采用数控高速铣削的方式加工，这些大尺寸的薄壁件减轻了飞行器的重量，提高了结构强度与生产效率。所以，严格控制切削时的加工变形误差是结构件满足工作性能、装配精度和工作可靠度等要求的基本保障。由于结构件的弹性柔度