基于銑削過程的有限元模擬分析

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目 基于銑削過程的有限元模擬分析 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 年 級 2010級 學(xué)生學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 完成時間 2014 年 5 月目錄第一章 引言1第一節(jié)研究目的與研究方法11研究目的12研究方法2第二節(jié)本課題研究的思路和意義2第三節(jié)銑削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢2第二章 銑削加工概述3第一節(jié)銑削方式選取3第二節(jié)銑削要素3第三節(jié)銑削力4第四節(jié)刀具和工件材料選取4第四章 有限元分析軟件DEFORM-3D概述5第一節(jié) DEFORM-3D應(yīng)用5第二節(jié) DEFORM-3D特點5第五章 銑削加工的DEFORM求解過程6第一節(jié) 前處理過程61新建項目62導(dǎo)入工件和刀具7

2、3定義材料74劃分網(wǎng)格85定義刀具的運動參數(shù)86定義邊界條件和熱傳導(dǎo)97設(shè)置模擬控制步數(shù)98 定義刀具的進給量109設(shè)置物體間關(guān)系1010創(chuàng)建摩擦系數(shù)以及熱傳導(dǎo)率1111檢查生成數(shù)據(jù)11第二節(jié) 求解器求解過程12第三節(jié) 結(jié)果后處理13第六章 DEFORM-3D模擬過程得出結(jié)果13第一節(jié)探究速度的變化對切削力的影響13第二節(jié)探究進給量的變化對切削力的影響19結(jié)論與展望26致謝語26參考文獻27I2014屆機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文基于銑削過程的有限元模擬分析機械工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化機械2班 摘要 在本文中對于采用的DEF0RM-3D有限元分析軟件進行銑削加工模擬可行性的問題,本

3、文結(jié)合塑形材料45號鋼的進行切削試驗。能夠利用該模擬方法進行銑削加工的數(shù)值模擬和部分規(guī)律性的研究。本根據(jù)普通的銑刀幾何參數(shù),在Solidworks三維建模軟件里畫出簡化的銑削加工的幾何模型,并導(dǎo)入DEFORM-3D軟件里對銑削加工進行有限元模擬，對模擬條件進行設(shè)定,以銑削時的三個方向上切削力、切削溫度和應(yīng)力變化為研究對象,利用單因素試驗方法進行一系列模擬銑削。主要內(nèi)容有:1.以切削速度為變量進行銑削模擬加工,分析速度對切削力、切削溫度和表面層殘余應(yīng)力的影響。2.以進給量為變量的單一因素進行模擬銑削加工,分析切削用量對切削力、切削溫度和表面層殘余應(yīng)力的影響。本文通過改變單因素的方法對銑削加工有限

4、元模擬結(jié)果進行綜合分析研究,最終得出了銑削加工切削參數(shù)對銑削加工過程影響規(guī)律。關(guān) 鍵 詞 銑削加工 有限元仿真 切削力變化 溫度變化 應(yīng)力變化 第一章 引言對于加工金屬零件的方法可分為塑性加工、壓力成形、機械加工、熱成型等幾個類型。在上述的幾種加工方法中, 主要是機械制造占很大的比例, 然而切削以及磨削加工是機械加工中應(yīng)用最為廣泛的。因為銑削加工是切削加工中較重要的加工方式之一,所以本文對銑削加工進行模擬分析。金屬的切削過程是一個比較復(fù)雜的工藝加工過程，整個工藝會涉及到彈性力學(xué)、熱力學(xué)、摩擦學(xué)、塑性力學(xué)等很多方面。然而刀具的形狀, 溫度的分布以及刀具的磨損等情況都會對整個切削過程產(chǎn)生重要的影響

5、。如果使用傳統(tǒng)的一些解決方法，對于整個切削過程的分析和研究就會很困難。就目前的研究進展來看，大部分切削過程的有限元模擬一般都局限于二維有限元模型，少數(shù)三維有限元的仿真也僅僅是將刀具幾何結(jié)構(gòu)簡化進行，模擬結(jié)果有較大的理想性，在一定程度上限制了模擬結(jié)果對實際加工的預(yù)測和指導(dǎo)意義。本文研究利用Solidworks軟件建立簡化的銑刀的建模，采用DEFORM-3D軟件建立了三維銑削有限元模型并模擬了三維銑削的加工過程，獲得了工件與刀具熱、力分布變化規(guī)律為銑削加工工藝控制從依靠經(jīng)驗轉(zhuǎn)向依靠理論的定量分析提供了依據(jù)。第一節(jié)研究目的與研究方法1研究目的銑削力是引起零件加工變形的主要原因，因此研究銑削力的預(yù)測方

6、法對制定加工工藝，減小加工變形，提高加工質(zhì)量具有十分重要的意義。而切削力的大小又是和切削參數(shù)息息相關(guān)的，因此，利用DEFORM-3D的銑削模塊，實現(xiàn)對45號鋼的材料的切削過程模擬仿真，并得出在不同切削用量和速度的情況下的切削力的變化曲線、切削過程中切削應(yīng)力的變化情況以及溫度的變化情況，研究銑削加工中切削參數(shù)各因素(速度、進給量)對切削力的影響有著非常重要的意義。文中通過設(shè)計一系列的切削實驗，對銑削加工過程中，影響切削力的切削參數(shù)各因素進行了分析， 從而得出其中的普遍性規(guī)律， 為銑削加工中切削參數(shù)的選擇提供科學(xué)的理論依據(jù)。2、研究方法 1、利用材料變形的彈塑性理論, 建立工件材料的模型,利用有限

7、元軟件DEFORM-3D ,通過輸入材料性能參數(shù)、建立有限元模型、計算, 對金屬銑削過程的受力情況進行了分析。 2、采取控制變量法對我們的研究課題做出自己的問題和觀點，分別對加工切削速度、進給量兩個不同的變量進行控制變量法。再根據(jù)有限元分析理論 ，根據(jù)DEFORM-3D求解步驟，建立銑削加工的三維模型。對該模型進行網(wǎng)格劃分并施加其他條件條件，最后進行求解得出X、Y和Z方向的應(yīng)力分布圖，切削力分布圖、溫度分布圖，并以此圖形進行分析從而得出結(jié)論。第二節(jié)本課題研究的思路和意義 此課題研究的大體思路是通過利用大型有限元模擬分析軟件DEFORM，在電腦上使用DEFORM來模擬銑削的整個加工過程，從模擬過

8、程中思考，修改涉及到的參數(shù)，并且分析模擬銑削過程中應(yīng)力，溫度以及切削力的變化情況，從而得到一組關(guān)于刀具受力的邊界條件，以此為根據(jù)對銑削過程中刀具的切削力變化進行有限元分析，得出有關(guān)數(shù)據(jù)，從而對銑刀的幾何從參數(shù)進行虛擬化設(shè)計。本次課題研究的意義在于因為大型有限元分析是一項綜合性強、應(yīng)用性高的一項技術(shù)，它對研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)等部門都會起著很大的利用價值。一方面，因為此項有限元分析技術(shù)的誕生，使得以前大量無法解決的難題，都可以使用此分析技術(shù)軟件一舉拿下，通過在電腦上計算及數(shù)字模擬，最終都可以得出滿意的答案；另一方面，有限元模擬分析技術(shù)能讓大量繁瑣的工程分析問題簡單化，使復(fù)雜的加工過程層次化，縮短時間，

9、節(jié)約了成本。使得工作分析更加快捷，更加準確。在產(chǎn)品的總體設(shè)計、分析，生產(chǎn)流程，研發(fā)等方面起到了不可動搖的的地位。第三節(jié)銑削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 在機械加工技術(shù)迅速發(fā)展的當今，大力發(fā)展切削加工技術(shù)之一的銑削也格外重要。銑削加工技術(shù)主要的發(fā)展方向有三個：1. 高速銑削；2. 硬質(zhì)材料和一些材料不易銑削加工； 3.針對硬質(zhì)材料的高速銑削。為了能夠適應(yīng)當今銑削加工的發(fā)展趨勢，許多著名的刀具制造公司為此研發(fā)了幾款先進的刀具。 首先就是Ceratizit公司就為此研發(fā)了新的銑削加工系統(tǒng)，使得工作過程中能夠得到更加精確的結(jié)果，能夠在任何條件下加工各種材料。 其次是Kennametal公司為銑削加工技術(shù)的發(fā)展，

10、創(chuàng)新推出了新的硬質(zhì)合金銑刀，在銑削加工某種金屬材料時能夠使刀具的壽命得到大約30%的提升。 然后就是WalterWaukesha公司研發(fā)出用于端面銑削和臺階銑削的銑刀，由于開發(fā)出來的新型銑刀結(jié)構(gòu)對稱，受力平均，在使用時非常簡便。第二章 銑削加工概述銑削是指使用旋轉(zhuǎn)的多刃刀具切削工件，是高效率，是常見的金屬冷加工方式。工作時刀具旋轉(zhuǎn)作主運動，工件移動作進給運動，同時工件也可以固定，但此時刀具必須同時完成主運動和進給運動。銑削是將毛坯固定，用高速旋轉(zhuǎn)的銑刀在毛坯上走刀，切出需要的形狀和特征。傳統(tǒng)的銑削較多地用于輪廓和槽等簡單的外形特征，而數(shù)控機床可以加工復(fù)雜的外形和特殊的需求的工件。第一節(jié)銑削方式

11、選取 銑削分為逆銑和順銑。逆銑時，銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相反。銑削時每齒切削厚度從零逐漸增大而后切出；而順銑是，銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相同。銑削是每齒切削厚度從最大逐漸減小到零。在本文中采用的是順銑，因為在順銑時作用于工件上的垂直切削分力FfN始終壓下工件 ，這對工件的夾緊有利。 逆銑時FfN時始終向上，有將工件抬起的趨勢，易引起振動，影響工件的夾緊。第二節(jié)銑削要素 銑削要素包括銑削速度Vc、進給量f、銑削深度（背吃刀量）ap和銑削寬度（側(cè)吃刀量）ae。 1銑削速度Vc：是指銑刀切屑刃上的最大直徑的線速度。 Vc=Dn/1000D銑刀切削刃上的最大直徑，單位為mm；n銑刀轉(zhuǎn)速，單位為r

12、/min。 2.進給量f：進給量是工件相對銑刀移動的速度，有以下3種表示形式。 （1）每個齒的進給量fz：是指銑刀每轉(zhuǎn)過一個刀齒切削工件的所走的位移量； （2）每轉(zhuǎn)一圈的進給量f：表示銑刀每轉(zhuǎn)一圈，工件相對銑刀向后運動的位移量； （3）進給速度Vf：是指每分鐘工件相對于銑刀向后運動的位移量。 Vf=f*n=fz*n*z （z為齒數(shù)，n為轉(zhuǎn)速） 3.銑削深度（背吃刀量）ap：是指使用端銑刀銑削平行于銑刀軸線時的被切削層尺寸；對于圓柱（圓盤）形銑刀，則是被加工表面的寬度。 4.銑削寬度（側(cè)吃刀量）ae：是指使用端銑刀銑削垂直于銑刀軸線時的被切削尺寸；對于圓柱（圓盤）形銑刀，則是被切金屬層的深度。

13、第三節(jié)銑削力 在工作的過程中，銑刀上的每個刀齒上的切削力都可以分解到任意方向上。切向銑削分力Fz是作用于銑刀圓周的切線方向上的一個主要切削力，也是消耗功率最多的切削分力；徑向銑削分力Fy是作用于銑刀半徑方向上的一個切削力，它會在加工過程中造成銑刀彎曲，但是不消耗功率；軸向銑削分力Fx是作用于銑刀軸線方向上的一個切削力。與此同時，銑削力也可以根據(jù)銑床工作臺的運動方向來分解。縱向銑削分力Ff是作用于銑床縱向工作臺運動方向上，銑削功率是耗損進給電動機的功率；橫向銑削分力Fe是與銑床恒向工作臺的運動方向一致的分力，與圓柱型銑刀的軸向銑削分力Fx大小是相等的、但方向卻相反；垂直銑削分力Ffn是與銑床升降

14、臺的運動方向一致的分力，很容易產(chǎn)生振動。 則Fr²=Fx²+Fy²+Fz²=Ff²+Fe²+Ffn²，F(xiàn)r為銑削合力。第四節(jié)刀具和工件材料選取在本文研究中，刀具采用的是WC類硬質(zhì)合金。而工件材料選用的是AISI-1045號鋼，相當于國內(nèi)的45號鋼 硬質(zhì)合金：它是在高溫度下由金屬粘接劑和高硬度，高熔點的金屬碳化合物燒結(jié)而成的粉末冶金制品。其主要特點：能耐高溫，在900左右都能夠保持穩(wěn)定的切削能力，許用切削速度、壽命都要比高速鋼高得多，還有例如硬度、耐熱、耐磨性都比高速鋼高?，F(xiàn)在銑削加工中端銑刀的使用材料絕大多數(shù)都是硬質(zhì)合金。但

15、是，它與高速鋼相比，硬質(zhì)合金的沖擊韌度，抗彎強度都要低得多。所以在制造整體道具方面都很少用硬質(zhì)合金材料。常用的硬質(zhì)合金一般可以分為三大類：1 K類硬質(zhì)合金。主要含有WC和Co，用于短切削加工。2 P類硬質(zhì)合金。主要含有WC、TiC和Co，主要用于長切削加工。3 M類硬質(zhì)合金。主要含有WC，還有少量的TaC和NbC，長切削和短切削加工時都可以。AISI-1045: AISI-1045是含炭量在0.45%的碳素結(jié)構(gòu)鋼，又稱1045碳結(jié)鋼,屬于中碳鋼,強度高,但韌性差.AISI-1045歸屬優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,硬度不高易切削加工,模具中常用來做模板,梢子,導(dǎo)柱等,但須熱處理.1045鋼廣泛用于機械制造,

16、這種鋼的機械性能很好.這類鋼中有害雜質(zhì)及非金屬夾雜物含量較少,化學(xué)成分控制得也較嚴格,塑性、韌性較好,運用于制造較重要的機械零件.這類鋼的牌號用兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù),如1045鋼即表示C=0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼.本文中使用的工件材料就是封裝到 Deform 材料庫中的 AISI1045，相當于國內(nèi)的 45 號鋼;刀具材料則選用 Deform 材料庫中的 WC。第四章 有限元分析軟件DEFORM-3D概述第一節(jié) DEFORM-3D應(yīng)用DEFORM-3D有限元軟件是綜合結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一身的大型通用有限元模擬分析軟件。該軟件是由世界上屈指可數(shù)的有限元分析軟件美國DE

17、FORM-3D公司研發(fā)的，它可以與一些CAD軟件接口進行匹配使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。DEFORM-3D有限元軟件是一個集多項功能，以有限元法為基礎(chǔ)的計算機設(shè)計程序。該軟件可以用在模擬以及處理結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場和碰撞等問題上。因為該軟件涉及的領(lǐng)域?qū)拸V，因此它可應(yīng)用于大多數(shù)工業(yè)加工、生產(chǎn)領(lǐng)域：如國防工業(yè)、汽車工業(yè)、醫(yī)學(xué)器材、土木建筑、通訊設(shè)備、重型機械、運動器械等。DEFORM-3D有限元軟件主要包括三個部分：前期處理模塊，然后是分析計算模塊和后期處理模塊。前期處理模塊不僅是為操作者提供了一個多用途的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，而且用戶能夠方便，快捷地建立有限元模型；分析計算模塊包括對材料結(jié)

18、構(gòu)的分析（線性分析、非線性分析）、流體力學(xué)分析、電磁場分析、復(fù)雜物理場的耦合分析等等，也可以模擬多種物理介質(zhì)相互之間的關(guān)聯(lián)，能夠?qū)`敏度進行分析，并且具備優(yōu)化分析的能力；后期處理模塊可以將模擬計算的結(jié)果以彩色等值線、階梯、以及矢量、和透明，半透明（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，并且對于模擬計算的結(jié)果也可以用圖表、曲線等形式顯示或輸出。在當今快速發(fā)展的前提下，利用有限元法來解決難題的規(guī)模越來越大，為了縮短解決問題的時間，以并行計算軟件系統(tǒng)為基礎(chǔ)的有限元算法，得到快速有力的發(fā)展。在優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品研發(fā)流程仿真技術(shù)方面實力雄厚，在軟件的開發(fā)和革新方面擁有非常重要地位的DEFORM公司。本次課

19、題對于在銑削過程受力中的產(chǎn)生許多問題的研究將在DEFORM 10.2軟件平臺下開展。第二節(jié) DEFORM-3D特點DEFORM-3D 所具有以下特點因為DEFORM-3D是對建模、熱傳導(dǎo)、成形等特性進行模擬仿真。適和用于冷、溫、熱成形，比如材料的流動、模具的應(yīng)力、金屬的微觀結(jié)構(gòu)以及缺陷產(chǎn)生后變化情況等。DEFORM-3D所處理的對象都是比較復(fù)雜的三維的零件以及模具等，比較復(fù)雜的模型基本都是來自于 CAD 系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換成的面或者是實體的（STL/SLA）文件格式，并包含有對設(shè)備成形的模型。DEFORM-3D中的材料模型可分為彈性、熱彈塑性、粉末性、剛塑性、剛性材料及可以自定義類型。在實體之間熱交換

20、或者是在內(nèi)部的熱交換分析可以單獨求解，也可借助耦合在成形的模擬分析過程中求解。 DEFORM-3D的預(yù)處理中可以自動生成所需要的邊界條件，以確保數(shù)據(jù)能夠準備快速、靠；網(wǎng)格劃分簡單、方便、快捷，全自動生成不需要干預(yù)網(wǎng)格劃分是有限元分析過程中極其重要的環(huán)節(jié)之一，特別是對于幾何形狀比較復(fù)雜的模型，網(wǎng)格劃分質(zhì)量的好壞直接影響到求解精度和求解時間，有時不合理的網(wǎng)格甚至?xí)?dǎo)致求過程的中斷。網(wǎng)格化分的方法又分為1基本網(wǎng)格化分方法，2局部細化網(wǎng)格方法?；揪W(wǎng)格劃分方式有兩種。一種是相對網(wǎng)格化分方式，一種是絕對網(wǎng)格劃分方式。本文使用的是絕對網(wǎng)格劃分方式，它的優(yōu)點在于可以增加模擬的正確性，這是因為網(wǎng)格尺寸設(shè)定后始

21、終不變，隨著物體的形狀越來越復(fù)雜，單元數(shù)的增加可以更好的描述物體的表面。使用絕對網(wǎng)格劃分方式，為了決定網(wǎng)格劃分的最小尺寸，需通過測量模具的最小尺寸，這個最小特征必須滿足的條件是成形過程中它的形狀會反映在工件上。因為在銑刀與工件接觸的地方有應(yīng)變，溫度，幾何尺寸等變化比較劇烈的地區(qū)，所以網(wǎng)格需要細化。Deform 軟件最大的優(yōu)勢之一是具有復(fù)雜幾何模型的網(wǎng)格劃分技術(shù)。尤其在復(fù)雜幾何模型生成和重新劃分網(wǎng)格方面具有強大的自適應(yīng)性使得它成為切削仿真分析的理想工具。本文基于 Deform 3D 軟件下采用 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)對工件和刀具進行網(wǎng)格劃分。而在主要的刀具接觸部位采用密集網(wǎng)格劃分，而遠離加工

22、部位的網(wǎng)格則明顯劃分的比較疏松。隨著切削過程的進行，工件的密集網(wǎng)格區(qū)域也發(fā)生偏移，呈現(xiàn)動態(tài)變化的網(wǎng)格自適應(yīng)劃分狀態(tài)。這樣劃分的網(wǎng)格既加快了仿真速度，還防止了隨著切削過程的推進網(wǎng)格發(fā)生扭曲而影響仿真。第五章 銑削加工的DEFORM求解過程第一節(jié) 前處理過程1新建項目打開DEFORM-3D軟件，進入DEFORM-3D主界面，單擊【File】【New Problem】，選擇普通前處理（Deform-3D preprocessor），單位選擇公制，如圖5-1所示。圖5-1單擊【Next】，選著存儲路徑，單擊【Next】設(shè)置Problem name，然后點擊【Next】打開Deform-3D普通前處理界

23、面，如圖5-2,5-3所示。圖5-2 設(shè)置存儲位置圖5-3 定義文件名2導(dǎo)入工件和刀具通過SolidWorks建模，然后將建好的模型倒入DEFORM-3D。如圖5-4所示：圖5-4 導(dǎo)入工件和刀具3定義材料 工件材料選擇45號鋼，刀具材料選擇WC類硬質(zhì)合金。選中workpiece，點擊按鈕，選擇AISI-1045號鋼，點擊load應(yīng)用。如圖5-6、5-7所示：圖5-6定義工件材料屬性圖5-7定義刀具材料屬性4劃分網(wǎng)格 選著刀具個工件材料和工件對其進行mesh劃分網(wǎng)格，其次還要對刀尖進行網(wǎng)格細化，因為該接觸的地方會出現(xiàn)劇烈的應(yīng)變，溫度，幾何尺寸的變化如圖5-8所示：圖5-8 劃分網(wǎng)格5定義刀具的

24、運動參數(shù) 單擊按鈕設(shè)置運動參數(shù)，如圖5-9所示。圖5-9、6定義邊界條件和熱傳導(dǎo) 點擊定義邊界條件，如圖5-10所示。旋轉(zhuǎn)工件至底面可見，選擇velocity（速度）x方向，點擊工件底面，單擊按鈕，在velocity（速度）下方會出現(xiàn)X,Fixed，為Y、Z方向重復(fù)上述過程添加邊界條件，在velocity（速度）下方會出現(xiàn)X, Fixed；Y, Fixed；Z, Fixed。此時工件沿X、Y、Z方向被固定。圖5-10然后在邊界條件中選擇Heat Exchange with Environment，選定工件散熱表面，單擊添加為導(dǎo)熱面。Heat Exchange with Environment下

25、方會出現(xiàn)“Defined”,如圖5-11. 圖5-117設(shè)置模擬控制步數(shù)然后單擊前處理界面中（模擬控制）按鈕，在主要窗口中勾選傳熱Heat Transfer確定溫度計算。在步驟窗口中模擬步驟單位選擇模擬步數(shù)輸入80，每5步保存一次。如圖5-12、5-13所示圖5-12圖5-138 定義刀具的進給量圖5-149設(shè)置物體間關(guān)系單擊（inter-object）按鈕，默認刀具與工件以及工件與切屑的從屬關(guān)系，對象關(guān)系窗口如圖所示。圖5-1510創(chuàng)建摩擦系數(shù)以及熱傳導(dǎo)率 點擊（inter-object）工作平面中的Edit編輯，在摩擦系數(shù)對話框中輸入0.7，以及熱傳導(dǎo)率輸入45。圖5-1611檢查生成數(shù)據(jù)

26、單擊按鈕，然后依次單擊【Check】和【Generate】按鈕檢查生成數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)時，會警告未激活體積補償，體積補償一般用于鍛造模擬，用于一些體積有小的變化會引起重大的模擬結(jié)果中的情況，在機加工仿真時不用，所以忽略警告，生成數(shù)據(jù)，如圖所示。圖5-17第二節(jié) 求解器求解過程圖5-18 求解器求解圖5-19切屑的溫度變化第三節(jié) 結(jié)果后處理圖5-20 后處理第六章 DEFORM-3D模擬過程得出結(jié)果第一節(jié)探究速度的變化對切削力的影響1.切削速度的選著：切削速度越大，加工的功率越高，刀具耐用度就越低；當切削塑形材料時，如果采用中速切削最容易產(chǎn)生積屑瘤，增加工件的粗糙度。要避免在這個區(qū)間內(nèi)選著切削速度

27、。因為本文選用的是硬質(zhì)合金刀具，它的硬紅性比高速鋼好。所以用來切削像45號鋼主要以塑形變形為主的材料并且易切系數(shù)小的材料時，其切削速度則選著60m/min200m/min。（1）當銑削進給量f=0.15mm/r和背吃刀量ap=1mm固定，銑削速度為v=60m/min時的仿真結(jié)果如圖所示：圖6-1圖6-2 X軸方向切削力圖6-2 Y軸方向切削力圖6-3 Z軸方向切削力圖6-4 銑削溫度變化圖6-5 等效應(yīng)力變化（2）當銑削進給量f=0.15mm/r和背吃刀量ap=1mm固定，銑削速度為v=80m/min時的仿真結(jié)果如圖所示：圖6-7圖6-8 X軸方向切削力圖6-9 Y軸方向切削力圖6-10 Z軸

28、方向切削力圖6-11 銑削溫度變化圖6-12 等效應(yīng)力變化（3）當銑削進給量f=0.15mm/r和背吃刀量ap=1mm固定，銑削速度為v=100m/min時的仿真結(jié)果如圖所示：圖6-13圖6-14 X軸方向切削力圖6-15 Y軸方向切削力圖6-16 Z軸方向切削力圖6-17 銑削溫度變化圖6-18 等效應(yīng)力變化綜合以上以速度為變量的仿真結(jié)果，對仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行提取如下表6-1：速度m/min切削力Fx切削力Fy切削力Fz溫度/應(yīng)力/MPa6042354852559144080330478016161560100275417837101570表6-1速度為變量的仿真結(jié)果根據(jù)以上所得的數(shù)據(jù)繪制速度

29、與切削力的影響折線圖，如圖所示。圖6-19切削速度對切削力的影響折線圖根據(jù)數(shù)據(jù)利用經(jīng)驗公式可以得出：V=60m/min時，F(xiàn)r=952.75N；V=80m/min時，F(xiàn)r=867.59N；V=100m/min時，F(xiàn)r=830.90N。第二節(jié)探究進給量的變化對切削力的影響1 對于銑削45號鋼而言，粗加工一般是400800轉(zhuǎn)，根據(jù)銑床性能一般控制最多進刀5mm，走刀每轉(zhuǎn)0.150.3mm/r.（對于精加工，一般是0.61mm，每轉(zhuǎn)0.10.2mm/r）。本文模擬的是銑削45號鋼的粗加工，所以選著討論的進給量為0.150.3mm/r。（1）當銑削速度分別為v=60m/min和背吃刀量ap=1mm固定

30、，進給量為f=0.15mm/r時的仿真結(jié)果如圖所示：圖6-20圖6-21 X軸方向切削力圖6-22 Y軸方向切削力圖6-23 Z軸方向切削力圖6-24 銑削溫度變化圖6-25 等效應(yīng)力變化（2）當銑削速度分別為v=60m/min和背吃刀量ap=1mm固定，進給量為f=0.20mm/r時的仿真結(jié)果如圖所示：圖6-26圖6-27 X軸方向切削力圖6-28 Y軸方向切削力圖6-29 Z軸方向切削力圖6-30銑削溫度變化圖6-31 等效應(yīng)力變化（3）當銑削速度分別為v=60m/min和背吃刀量ap=1mm固定，進給量為f=0.25mm/r時的仿真結(jié)果如圖所示：圖6-32圖6-33 X軸方向切削力圖6-

31、34 Y軸方向切削力圖6-35 Z軸方向切削力圖6-36 銑削溫度變化圖6-37 等效應(yīng)力變化綜合以上以進給量為變量的仿真結(jié)果，對仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行提取如下6-2：進給量f切削力Fx/N切削力Fy/N切削力Fz/N溫度/應(yīng)力/MPa0.154235485255914400.203416592458714900.25369899846191510表6-2進給量為變量的仿真結(jié)果根據(jù)以上所得的數(shù)據(jù)繪制進給量與切削力的影響折線圖，如圖所示。圖6-38進給量對切削力的影響折線圖當f=0.15mm/r時，F(xiàn)r=952.76N；當f=0.20mm/r時,Fr=1014.30N，當f=0.25mm/r時，F(xiàn)r=

32、1054.67N。結(jié)論與展望 1.根據(jù)本文分析可得，在其他條件不變的情況下，隨著銑削速度的增加，銑削力在下降，銑削溫度和應(yīng)力在上升。2.結(jié)合本文分析可得，在其他條件不變的情況下，隨著銑削進給量的增加，銑削力增加，銑削溫度和應(yīng)力在上升 。3.本文采用的是數(shù)值模擬技術(shù),對45號鋼的銑削過程進行了銑削仿真,三個方向上的切削力的預(yù)測值變化和試驗值具有合理的一致性;因為計算條件的影響,在模擬過程中的切屑分離和模擬過程中的網(wǎng)格重劃時,切削力變化曲線產(chǎn)生了一些跳動,但是這些跳動不影響分析結(jié)果的正確性。  4.利用DEFORM3D軟件的模擬銑削加工可以為實際額工作提供較好的加工參數(shù),提高加

33、工質(zhì)量,與此同時還可以彌補一些技術(shù)人員出現(xiàn)的經(jīng)驗不足等問題。 與此同時銑削加工是一個非常復(fù)雜的動態(tài)物理過程，本文通過基于DEFORM-3D對銑削加工的過程進行了模擬仿真，獲得了幾個重要的結(jié)果，了解了切削過程中所產(chǎn)生的銑削力、應(yīng)力，溫度等變化情況，為刀具的設(shè)計以及工藝參數(shù)的確定提供了一些參考，對實現(xiàn)銑削加工過程的優(yōu)化和減小生產(chǎn)成本有著非常重要的作用。 有限元分析技術(shù)在切削模擬仿真過程中已經(jīng)表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，到目前為止，使用有限元技術(shù)對切削過程進行模擬仿真可以得出令人比較滿意的結(jié)果，同時對于模擬得出的結(jié)果也可以運用到刀具的設(shè)計以及對加工時參數(shù)的選擇。但是有一些限元模擬分析的關(guān)鍵技術(shù)，如切屑和

34、工件之間的分離準則、刀具與切屑之間的復(fù)雜摩擦等，到目前為止都沒有得到有效解決，這些技術(shù)將是今后研究的重點致謝語在本畢業(yè)設(shè)計中承蒙肖啟明老師的認真指導(dǎo)和幫助，特別是在老師很繁忙的時候也會抽出時間為我們講解和輔導(dǎo)我們，在我非常愚鈍的時候，老師也會很耐心的指導(dǎo)，幫助我解決難題，才使我在本次畢業(yè)設(shè)計中得以按照規(guī)定的時間完成！我們的指導(dǎo)老師具有豐富的實踐經(jīng)驗和淵博的知識，做事嚴謹負責(zé)，認真的工作態(tài)度，給我在今后的道路上樹立了很好的榜樣！通過指導(dǎo)老師的耐心認真的指導(dǎo)，是我能夠?qū)C械設(shè)計的基本知識得以更好地掌握和提高自身的水平；對于有關(guān)設(shè)計方面的資料也提供了本質(zhì)上的建議，使我得以順利有效的查閱；在運用軟件時

35、，老師也提供了實質(zhì)性的建議和認真耐心的指導(dǎo)，使得我對軟件的運用能夠跟徹底的掌握。總而言之，在整個設(shè)計過程中，老師給予了我很大的鼓勵和十分耐心的指導(dǎo)，在此我向我的指導(dǎo)老師以及幫助過我的同學(xué)表示最為真摯的感謝！參考文獻1杜可可，馬國亮，趙曉東，張燕輝.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)M.人民郵電出版社.2007.12.2張茂.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)M.機械工業(yè)出版社.2010.7.(3)3吳拓.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)M.清華大學(xué)出版社.2007.124李傳民，王向力，閏華軍，等DEFORM-3D金屬成形有限元分析實例教程.北京機械工業(yè)出版社，20075周澤華.金屬切削原理.上?？茖W(xué)技術(shù)出版.19926范欽珊.王琪.劉均.景榮

36、春.工程力學(xué).高等教育出版社.2009.12(8)7劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社.2004.18劉偉,李家春.三維銑削加工的DEFORM-3D有限元模擬.現(xiàn)代機械出版社.2007，19陸劍中，孫家寧.金屬切削原理與刀具，機械工業(yè)出版.1984Abstract The earliest milling machine in 1818 by americans Whitney created; In 1862 by American brown the first universal milling machine, lifting the prototype of the milling machine; In 1884, and produced the first before and after milling planer; In the