1、 陕西理工学院毕业设计论文麻 花 钻 的 建 模 及 强 度 分 析 摘 要 ： 采 用 三 维 建 模 软 件 建 立 麻 花 钻 的 三 维 模 型 ， 分 析 刀 具 在 工 作时 的 受 力 情 况 。 应 用 有 限 元 软 件 对 麻 花 钻 进 行 模 态 分 析 ， 研 究 其 结 构的 震 动 特 性 。 利 用 deform 软 件 对 麻 花 钻 的 工 作 过 程 进 行 模 拟 仿 真 。关 键 词 ： 麻 花 钻 ； 三 维 建 模 ； ansys 分 析 ； deform 仿 真 陕西理工学院毕业设计论文Twist drill modeling and the a
2、nalysis of its intension Junbing Wu （ Grade07,Class 3，Major mechanical design and manufacturing automation ， school of Mechanical Engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi） tutor: Hongling HouAbstract: This artical introduced the 3D modeling method of twist drill and
3、 the analysis of twist drill when it behaves. Finite element software for modal analysis Twist. Deform software using process simulation work. Key Words: twist drill； ansys； deform； simulation 陕西理工学院毕业设计论文- I -毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢
4、的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 陕西理工学院
5、毕业设计论文- II -学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等
6、复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日陕西理工学院毕业设计论文- III -目 录目 录 .I1 绪论 .11.1引言 .11.2 研究背景与国内外研究现状 .21.3本课题的研究意义 .31.4本课题研究的主要工作 .42 麻花钻切削理论基础 .62.1麻花钻应用到的理论基础 .62.1.1麻花钻的组成 .62.1.2麻花钻的角度 .72.1.3基面和切削平面 .92.2钻削力的计算 .93 麻花钻的建模 .113.1 PRO/ENGINEER .113.1.1 Pro/ENGINEER的概述 .113.2.1创建毛
7、坯 .113.2.2创建螺旋槽 .153.2.3创建横刃 .19陕西理工学院毕业设计论文- IV -4 有限元数值分析理论与 ANSYS 软件介绍 .244.1有限元方法分析过程概述 .244.1.1连续体的离散化 .244.1.2单元分析 .244.2 ANSYS软件介绍 .244.2.1软件功能简介 .254.2.2前处理模块 PREP7 .254.2.3求解模块 SOLUTION .264.3静应力分析 .274.3.1 麻花钻的静应力分析步骤 .284.4模态分析 .354.4.1模态分析:模态分析的定义和模态分析介绍 .354.4.2 在 ANSYS 中有以下几种提取模态的方法： .
8、354.4.3 模态分析中的四个主要步骤： .364.4.4 模态分析步骤: .365 钻削过程的模拟仿真与 DEFORM-3D 软件介绍 .465.1DEFORM-3D软件介绍 .465.1.1 deform-3d软件简介 .465.1.2deform-3d的操作流程 .465.2钻削过程仿真 .49致 谢 .60陕西理工学院毕业设计论文- V -参考文献 .61外文文献译文 .62陕西理工学院毕业设计论文第 1 页 共 66 页1 绪论1.1引言切削加工是机械加工制造应用最多的加工方式之一，它可以应用在几乎所有的机械加工制造行业当中，是国民生产的重要支柱。各国对于此领域的投入都颇为巨大，例
9、如美国的年投入经费就超过 3000 亿美元。而一个产品的加工精度高低、质量好坏取决于整个加工系统的性能，不是单一依靠某个环节的，包括了机床、夹具、刀具等。在全球化激烈竞争的背景下，特别是机械制造业技术水平突飞猛进的今天，提高切削加工尤其是精密和超精密切削的生产效率和加工质量，就成为了必须重点研究的课题，需要深入地研究切削机理、切削加工和切屑形成理论。但研究切削过程也是一个非常复杂的课题，它不但涉及到多个学科的理论知识；切削的质量又受到刀具几何参数、工件材料、温度分布、应力和刀具磨损等影响；在切削加工中，切削表面的残余应力和残余应变又能严重影响了工件的精度和疲劳寿命。所以，利用传统的解析方法，很
10、难对切削机理进行定量的分析和研究，都局限在经验化范围内，这严重影响了切削加工的效率，并导致加工成本高、加工过程中错误甚至事故的频繁发生。 随着计算机仿真技术在机械制造行业中应用范围的不断扩展，一些学者将其引入到切削加工领域，从而形成了仿真技术，使得利用有限元仿真方法来研究切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。通过应用一些商用有限元软件，工程师和研究人员可以定量分析这一过程，降低了切削过程分析的成本同时也提高了分析的质量。通过应用有限元软件进行仿真模拟分析得出的数据与通过实验得到的数据基本吻合，说明仿真模拟具有很高的可靠性，可作为研究设计的依据。 根据最新的资料显示，目前的研究主要集中在以
11、下几个方面： (1)一般材料去除与切削过程的研究；（2）特殊加工过程的计算机模拟的研究；（3）切削过程的几何与过程参数的研究；（4）加工过程中的热研究；（5）加工过程中残余应力的研究；陕西理工学院毕业设计论文第 2 页 共 66 页（6）加工机床的动力学研究与控制；（7）机床磨损与误差的研究；（8）切屑形成机理的研究；（9）最优化与其他主题的研究。本文将采用有限元法研究切削过程中刀具几何参数的变化对整个切削过程的影响。1.2 研究背景与国内外研究现状计算机模拟加工过程是制造工程领域的重要成果之一，由于使用了计算机模型对所需切削力、切削温度、切削形成过程等进行仿真，大大简化了整个研究中试验过程，
12、减少了反复试验，节约了研究成本和人力，具有很高的价值。研究该领域的学者，都倾向于应用有限元进行切削过程分析建模，有限元法的优点是让计算机能够自动模拟整个切削的复杂过程。几十年来的深入研究，人们对于计算机模拟已经有了比较全面的了解，建模方法已经从最初的简单剪切平面法发展到更加复杂的有限元方法，而有限元方法是最新趋势的代表。有限元法有着强大的应用能力，可以包含几乎所有金属切削过程的各个方面，可以同时解决在刀屑接触面摩擦的应力平衡方程、应力应变增量关系式、热传导方程、材料本构方程和应力特性方程。这个方法可能比其他方法更细致地揭示金属切削过程。国内外的研究者在有限元分析法上都做了细致的研究，取得了很多
13、卓越的成果，可也还是留下了一些发展的空间，让我们后人去探索。MerChant、Piispanen 和 Leeandshaffer 是最早应用分析模型的学者，他们利用了切屑角模型来分析切屑在生成过程中的角度与刀具前角的关系。1960 年 Clough 在他的论文“平面分析的有限元法（The Finite Element Method in Plane Stress Analysis） ”中最先引入了有限元（Finite Element）这一术语，一提出就引起了广泛的关注。1982 年 Usui 和 Shirakashi 第一次提出刀面角、切屑几何形状和流线等概念，得出了一个稳态的正交切削模型，应
14、用此模型对切削过程中的应力应变和温度等参数进行了预测。陕西理工学院毕业设计论文第 3 页 共 66 页2004 年合肥工业大学的谢峰和刘正士有限元法及弹塑性变形理论对二维金属切削的变形过程进行有限元分析，指出了金属由弹性变形到塑性变形时单元刚度矩阵变化的规律。2004 年邓文君等学者采用热力耦合、平面应变、连续带状切屑的切削模型模拟了高强度耐磨铝青铜的正交切削加工过程。采用增量步移动刀具的方法，结合有限元分析软件 MARC 的网格重划分功能，模拟了刀具从初始切入到切削温度达到稳态的切削加工过程，获得了不同切削深度和切削速度下的切屑形态、温度、应力、应变和应变速率的分布。2005 年胡韦华、王秋
15、成、胡晓冬和刘云峰针对有限元方法在切削加工过程中得到越来越广泛的应用，研究了切削加工过程数值模拟的研究进展情况，并对切削加工过程数值模拟的发展方向进行了展望。2006 年华南理工大学的何振威、全燕鸣和乐有树用 DEFORM-2D 软件建立了典型的正交切削模型，研究了高速切削中切削热在切屑、工件和刀具部分的量化分配规律。但是所得的结果只是停留在模拟实验阶段，没有与实际试验做过比较。2009 年李泽文、罗洪波、端正强和肖华军对三角形刀片的切削过程进行了有限元分析，获得了不同切削用量对切削力、切削温度、刀片应力的影响，以选择合理的切削用量来延长刀具寿命。通过以上的了解，对于切屑形成过程的有限元模拟方面，国内的 2-D 模拟发展相对 3-D 模拟较快，甚至能够对塑性较差的工件材料的切削进行 2-D 模拟；国内的仿真主要停留在 2-D 领域，不仅视觉效果不够理想，而且模拟的能力仅局限于正交切削范围，其它大部分的切削情况都不能模拟，如包含斜刃切削的车削、刨削、铣削、钻削等切削加工情况。1.3本课题的研究意义随着全世界越来越多的研究学者和工程师的努力，有限元法分析已经变得成熟和可靠，他们通过计算机所进行的大量的模拟科学研究，获得了大量宝贵的资料和成
