细长轴三刀车削有限元仿真研究

发布时间：2017-09-16 05:14

  本文关键词：细长轴三刀车削有限元仿真研究

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【摘要】：在轴类零件中截面直径与自身线长的比值小于0.05的轴称为细长轴,在加工细长轴过程中容易受到背吃刀量变化、弯曲位移量、自身重力以及夹持方式的影响使加工困难。为了适应现代社会的需求,对细长轴这类零件的表面质量的要求越来越高,研究表明影响细长轴加工表面质量的主要因素有颤动和弯曲位移量,所以减小细长轴车削进行中的弯曲位移量和颤动是提高细长轴表面质量的重要方面。研究背吃刀量的改变对细长轴径向力的影响,径向力影响细长轴车削进行中的位移量,弯曲位移量越大振动越明显,这样会影响加工过程中刀具的寿命和细长轴的加工表面质量。利用有效的方法减小细长轴车削过程中的弯曲位移量与颤动是提高加工表面精度的重要保证。本文主要研究三刀分布呈120°车削法对细长轴车削加工准确度的影响,建立三刀加工理论模型推导出细长轴挠度曲线函数,以及三刀加工过程中各力的平衡方程。为了解决细长轴车削过程中测量力的准确性,通过对应变式传感器原理的分析,提出电压式三向传感测力装置对三刀车削中力的大小准确的测量。通过DEFORM软件对三刀车削和双刀车削以及三刀车削过程中背吃刀量大小研究,绘制图像分析得出三刀车削细长轴等效力比单刀车削和双刀车削要小多,车削颤动明显减少。利用三向测力装置测量出单刀车削和三刀车削的径向力、轴向力、切向力并进行比较得出结论。采用有限元原理求解出三刀车削细长轴的总体刚度矩阵,再使用ANSYS软件对加工轴进行静力学研究,求解细长轴车削颤动的大小和波动率。通过三刀车削弯曲变形大小图分析,验证前面理论分析的可行性。然后采用完全法进行瞬态动力学分析,推导让刀量曲线。经过分析对比三种不同的切削方式下背吃刀量对细长轴振动大小的影响,通过测量不同节点11、41、71、101号节点力和位移图,得出三刀车削下最优背吃刀量的范围和让刀量范围的大小,并与推导的理论式子相比较得出较准确的结论。对三刀车削、两刀车削以及单刀车削进行比较分析得出:三刀车削可以使车削力互相平衡,使施加在该加工轴上引起颤动和变形位移量的力减小。
【关键词】：细长轴 三刀车削 弯曲位移量 ANSYS DEFORM
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 国内研究现状11-12
• 1.3 国外研究现状12-13
• 1.4 车削力测量的意义13-14
• 1.5 本文主要研究内容和技术路线14-15
• 1.5.1 主要研究内容14
• 1.5.2 三刀车削研究的技术手段14-15
• 2 细长轴车削加工15-28
• 2.1 车削力的测量方法15-17
• 2.2 压电式三向传感器测力装置的原理17-19
• 2.2.1 Z方向力的测量方法18
• 2.2.2 X、Y方向的测力方法18-19
• 2.3 细长轴的车削模型19-22
• 2.3.1 细长轴受力模型19-20
• 2.3.2 细长轴加工物理模型20-22
• 2.4 细长轴三刀车削受力分析22-27
• 2.4.1 细长轴三刀车削误差来源22
• 2.4.2 细长轴三刀模型分析研究22-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 DEFORM软件三刀车削加工仿真分析28-48
• 3.1 DEFORM软件简介28-34
• 3.1.1 DEFORM—3D软件的功能29-33
• 3.1.2 切削分离原则33
• 3.1.3 刀具角度转换33-34
• 3.2 DEFORM软件仿真34-38
• 3.2.1 切削参数的选择34-35
• 3.2.2 刀具角度的选取标准35-38
• 3.3 利用三向力刀架测力仿真过程及其结果38-45
• 3.4 经验公式验证45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 ANSYS有限元仿真分析48-65
• 4.1 ANSYS软件的发展48-49
• 4.2 三刀车削结构静力学分析49-55
• 4.2.1 静力学有限元分析的理论基础49
• 4.2.2 有限元模型的建立49-51
• 4.2.3 细长轴三刀车削弯曲振动和固有频率的求解过程51-55
• 4.3 三向力刀架测力装置下三刀车削细长轴瞬时动力学分析55-64
• 4.3.1 细长轴动力学有限元分析原理57
• 4.3.2 三刀车削背吃刀量优化选择57-64
• 4.4 本章总结64-65
• 结论及其展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71

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本文编号：861077