细长轴双刀车削有限元法仿真研究

摘要

轴类零件在工业的各个领域中被广泛运用，主要用于连接、传动等重要结构中，随着现在工业技术发展的需要，人们对这一部分零件的尺寸精度要求也越来越高。提高轴类零件的加工精度以适应现代工业发展的需求已经迫在眉睫。轴类零件难以提高加工精度原因主要在于它加工时工件会产生弯曲，振动等因素影响了刀具的实际切削量，在这类零件中尤以细长轴为代表，由于细长轴的长度与直径比大于20，导致它们刚度差，抗弯能力弱，在机械加工过程中更容易产生弯曲变形，使加工精度更难以保证。
　　提高细长轴的加工精度，重点就在于如何解决细长轴的弯曲变形问题。本文在回答这个问题上先分析了引起细长轴弯曲变形的众因素，然后针对切削力因素建立了细长轴在切削力三分力作用下的弯曲变形模型，根据分析研究，找出了引起细长轴弯曲变形的主要因素是切削径向力，最后从径向力出发，提出对称式双刀车削方案，解决了细长轴弯曲变形的问题。
　　本文在论证思路上采用的是建模分析-仿真研究-实验检验的逻辑思维：首先利用力学法和奇异函数法分别建立了对称式双刀在背吃刀量不等和相等的两种情况下的车削模型方程，然后使用DEFORM软件软件测量出了切削力三个分力的值，为接下来的仿真提供主要参数，使用ANSYS软件进行了静力学、动力学以及屈曲分析，确定了方案中两刀具背吃刀量的关系，两刀具的轴向距离以及两刀具进给力对弯曲变形的影响，最后选用NZ-S1500/1000双刀塔车床进行了实验检验。研究数据表明，对称式双刀车削加工方案可以明显减小细长轴弯曲变形，有效地提高细长轴的加工精度,验证了仿真研究的正确性。
　　本文在仿真研究中选用了DEFORM软件和ANSYS两种有限元仿真软件，利用了MatLab的相关求解功能和Excel的绘图功能，实现了仿真数据和理论曲线的对比，节省了大量的时间以及人力财力物力，仿真结果和实验数据基本符合。在仿真过程中，经过多次模拟，得出了大量的切削加工数据以及各种切削参数之间的关系，为以后的研究提供了重要参考。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 目前研究现状

1.3 有限元法应用在切削加工中的发展历史

1.4 本文结构安排

2 细长轴车削加工

2.1 细长轴加工误差来源

2.2 细长轴加工的弯曲变形

2.3 双刀车削方案

2.4 本章小结

3 DEFORM 车削仿真

3.1 DEFORM 软件简介

3.2 DEFORM 有限元仿真

3.3 切削力仿真与结果

3.4 经验公式计算

3.5 本章小结

4 ANSYS 有限元仿真

4.1 ANSYS 软件简介

4.2 双刀车削结构静力学分析

4.3 双刀车削结构瞬时动力学分析

4.4 双刀车削结构屈曲分析

4.5 双刀车削仿真预测

4.6 本章小结

5 双刀车削实验

5.1 实验设备

5.2 车削参数

5.3 实验结果及数据分析

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢