薄壁圆筒铣削的动力学分析分析毕业设计

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1、1 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，并且和工件的材

2、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 2 目 录 1 绪 论 1 1.1 论文研究背景及意义 . 4 1.2 国内外研究现状 5 1.2.1 国内研究现状 5 1.2.2 国外研究现

3、状 6 1.3 研究的内容及方法 7 1.4 本章小结 8 2 车铣加工方法 9 2.1 车铣加工的定义 9 2.2 车铣技术的发展历史 . 10 2.3 车铣技术的主要特点 11 2.4 车铣技术的主要内容 12 2.5 正交车铣运动学 . 12 2.6 车铣中的圆周刃、端面刃切削力 13 2.7 主要切削参数对圆周刃、端面刃切削力 16 3 薄壁回转体静力分析 18 3.1 静力分析的基本概念 . 18 3.2 静力分析的基本步骤 . 18 3.2.1 建模错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.2.2 加载错误错误!未定义书签。未定义书签。 3.2.3 观察结果和后处理.错误错误!未定义

4、书签。未定义书签。 3.3 TC4 薄壁件的静力分析流程 19 3.4 后处理 . 21 3.5 本章小结 . 24 4 薄壁回转体的模态分析 25 4.1 模态分析的基本概念 . 25 4.2 模态分析的有限元基础 . 25 4.3 模态分析的基本步骤 29 4.3.1 建模 29 4.3.2 加载 29 4.3.3 模态扩展. 30 4.3.4 观察结果和后处理. 31 4.4 TC4 薄壁件的模态分析流程 31 4.5 后处理 . 31 4.5.1 同一厚度时不同阶的最大合位移量分析 . 31 4.5.2 厚度与不同阶固有频率关系分析 41 4.6 本章小结 . 44 5 薄壁回转体的谐

5、响应分析. 46 5.1 谐响应分析的基本概念 46 5.2 谐响应分析的基本步骤 46 5.2.1 建模 46 3 5.2.2 进入 ANSYS 求解器 47 5.2.3 观察结果和后处理. 47 5.3 TC4 薄壁件谐响应分析流程 48 5.3.1 建模及定义 TC4 薄壁件的材料属性及网格划分 49 5.3.2 进行谐响应分析的设置 49 5.3.3 加载 50 5.3.4 观察结果及后处理和 1mm 厚度时振幅与频率之间的关系 . 50 5.3.5 比较 0.5mm 厚度和 1mm 厚度的薄壁回转体谐响应分析的结果. 53 5.4 本章小结 . 56 结论 57 致谢 58 参考文献

6、. 59 附录 A 英文原文 . 61 附录 B 汉语翻译 . 74 4 1 绪 论 1.11.1 论文研究背景及意义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，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 Ra0.2m，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