机械加工变形分析论文

机械加工变形分析论文（精选12篇）

机械加工变形分析论文 第1篇

1.1 大型薄壁元件主要类型

按照零件形状特点, 薄壁元件一般可分为壳体类、套筒类、环形类、盘形类、平板类、轴类和特型类, 在航空工业中通常根据结构特点分为框体类、梁类、整体壁板类、缘条长桁类、发动机结构中的薄壁类等。框体类元件一般是飞机横向结构的承力构件, 由侧壁和腹板组成。梁类元件也是飞机承力构件, 其截面形式有工字型、U型和其他异型。整体壁板类元件同样是飞机承力构件, 由筋条、凸台、蒙皮等组成。缘条长桁类元件主要作为机身、机翼纵向结构的受力构件。发动机结构中的薄壁类元件是一些叶片、盘类、机匣结构、空心细长轴、鼓筒类轴等零件。

1.2 大型薄壁元件加工变形的影响因素

大型薄壁元件加工变形的影响因素不仅多, 而且这些因素间还存在相互耦合关系, 所以这些因素非常复杂, 它们与毛坯材质、零件形状、加工设备、工艺方法、操作人员、环境因素等都有关。工件的弹性变形、工艺变形和残余应力是引起薄壁元件加工变形最重要的几个原因, 而工件加工后的残余应力是主导大型薄壁元件整体变形的关键因素, 并通过残余应力的大小和分布状态来影响其他相关因素。不同研究者的角度和过程的差异, 造成对薄壁元件变形因素的分析也有所不同。

2 大型薄壁元件加工变形控制方法

2.1 大型薄壁元件加工变形的研究方法

显然, 要控制大型薄壁元件的加工变形, 首先必须掌握它的变化规律。目前, 主要通过两条途径来研究大型薄壁元件的加工变形:一条是数值模拟分析法, 即借助计算机技术采用有限元法模拟工件切削成形过程和加工工艺, 这对于解决与温度相关的材料性能参数、大应变速率、大弹塑性变形问题很有优势。在建立有限元模型基础上进行少量试验验证, 就能比较精确地分析和预测薄壁元件的加工变形, 再利用数控补偿技术进行补偿控制, 就能在保证数控加工精度要求的前提下进一步提高加工效率。另一条途径是试验研究方法, 机加工作为一门来源于实践的技术, 试验研究一直是建立理论和验证理论的基础, 经过众多学者多年研究目前已建立了切削机理、切削力、加工变形、机床-刀具-工件系统等力学模型和工艺方法, 但是单纯试验研究周期长、工作量大, 所以需要结合数值模拟技术才能有效解决研究效率和降低试验成本问题。

2.2 大型薄壁元件加工变形控制的常用方法

2.2.1 适当的装夹方式

目前, 工件装夹系统的研究主要集中在装夹顺序、夹紧力以及位置等对工件加工精度的影响方面, 目标是提高机加工过程中的尺寸精度和定位精度。对于较小尺寸的薄壁件采用虎钳夹紧或将零件置于胎具上即可, 而大型薄壁元件宜采用真空吸附并辅以侧面压板方式, 刚性与稳定性好, 装夹效率高。薄壁圆筒元件可采用磁流变夹具, 利用磁流变液体通入磁通后变成固体的性质, 可提高工件刚性, 减少加工变形。目前, 大型薄壁元件装夹设计还主要依靠经验, 重用性差, 设计效率和质量较低低, 装夹系统的整合优化是今后研究的重点。

2.2.2 合理的加工参数

粗加工以高效率、低成本为前提, 要求切削量大, 精加工以控制精度和变形为主。航空薄壁元件材料以铝合金、钛合金、复合材料为主, 铝合金仍然是使用比例最高的材料。铝合金的特点是弹性模量小 (只有钢材的1/3) , 屈服比大, 刚度较低, 加工回弹较严重。只有刀具参数与工件材料匹配, 才能获得最佳切削效果。铝合金铣削常用的刀具材料有硬质合金、陶瓷、聚晶金刚石等。硬质合金刀具最常用, 其类型有P、M、K三类, 前两类均含有Ti C成分, 与铝亲和而不利于切削, 所以宜选用K系列刀具。同时还应合理选择刀具几何参数, 如前角不宜过小, 以免过快磨损前刀面而降低刀具寿命, 但前角也不能过大, 以免影响刀具散热而加快磨损, 一般γ应在12°左右;后角影响刀具刚度, 为了保证刚度又不影响散热, 可选用双倒棱后角;刃倾角对切屑流出方向及各方向切削分力大小都有影响, 鉴于铝合金塑性较大, 应选用较大的刃倾角, 一般λs取20°~25°为宜。铣削工艺参数包括切深 (轴向αp、径向αe) 、进给速度Vf、切削速度Vc、铣削方式、冷却方式等。精加工首先应保证加工精度和表面质量, 同时顾及加工效率和刀具寿命, 所以应选用较小的切深和进给量, 然后再确定合理的切削速度。逆铣容易引起切削振动和产生振纹, 所以宜采用顺铣方式, 但顺铣对刀具和工件冲击较大, 所以应减少刀具悬伸长度并增加工件刚度。铣削软铝合金一般采用高压空气和油雾冷却, 如采用硬质合金刀具加工ZL101可采用水冷方式;而采用硬质合金刀具铣削6061锻铝合金或2A12硬铝合金时可干铣, 也可采用乳化液冷却。

2.2.3 恰当的补偿方法

由于工件加工时的回弹现象, 走刀过后薄壁元件侧壁残留一部分材料未被切除, 造成壁厚误差, 这种情况一般称作让刀。为了保证加工精度, 可以在常规铣削方式下进行过切补偿, 即根据有限元模拟分析的变形大小, 在数控编程中在原有走刀轨迹里按变形程度附加连续偏摆, 以补偿让刀量, 无需重复走刀就能保证壁厚加工精度。

2.2.4 其他实用技术的应用

利用高速切削技术, 切削力比普通切削减小30%, 工件温升降低, 可以显著减小切削过程中的残余应力, 可提高加工精度、表面质量和生产效率。超声振动切削技术是在普通切削的基础上给刀具附加脉冲振动, 由于这种振频远高于工艺系统的固有频率, 可以抑制切削过程中的振动, 并具有切削力小、精度高、加工稳定、生产效率高的特点。

结语

薄壁元件在航空、航天、武器、汽车等行业得到了广泛应用, 而大型薄壁元件应用最多的还是航空工业。由于薄壁元件加工技术复杂, 近些年来一直是机械加工领域研究的热门课题。欧美、日本等国的薄壁元件加工变形控制技术水平很高, 我国与之相比差距较大, 这需要机械加工行业同仁付出艰苦的努力才能缩小并赶上发达国家的水平。

参考文献

机械加工变形分析论文 第2篇

功 W = F S = P t 1J = 1N•m = 1W•s

功率 P = W / t = Fυ 1KW = 103 W，1MW = 103KW

有用功 W有用 = G h（竖直提升）= F S（水平移动）= W总 – W额 =ηW总额外功 W额 = W总 – W有 = G动 h（忽略轮轴间摩擦）= f L（斜面）总功 W总= W有用+ W额 = F S = W有用 / η

机械效率 η= W有用 / W总

η=G /（n F）

= G物 /（G物 + G动）定义式

适用于动滑轮、滑轮组

⒈用机械效率为75%的定滑轮,做了300J的有用功,那么这个定滑轮所做的额外功为()

A.100J------B.300J-----C.400J------700J

⒉分别用定滑轮,动滑轮以及由一只定滑轮和一只动滑轮组成的滑轮组去提同一重物,测得匀速拉动钢绳自由端的拉力分别为80N,60N,50N,者三种装置中机械效率最高的是()

A.定滑轮-----B动滑轮------C滑轮组------D条件不足,无法判断

⒊用一个动滑轮将重500N的货物提高1M,所用拉力为300N,人做的总功是多少?额外功是多少?滑轮的机械效率是多少?

⒋一台机械效率为60%的起重机,在2MIN内把36000N重的物体匀速提高10M,求起重机的有用功是多少?总功是多少?额外功是多少?

⒌一个人用100N的利用杠杆提起重250N的物体,人做功200N,将物体提高0.6M,则此过程中总功____J,有用功____J,额外功____,机械效率是___ 答案:1.A

2.A

3.总功:600J----有用功500J-----额100J----效率83.3%

机械加工变形分析论文 第3篇

关键词：缸体；加工变形；精度控制

0 引言

发动机是汽车中技术含量较高的部件之一，其加工质量对汽车的实用性能和经济性能具有重要影响，缸体作为发动机的重要组成部件，其制造的精度对发动机的性能有着至关重要的作用。因此，要提升发动机的性能，必须对发动机的关键零件制造工艺进行严格的控制，确保其加工精度符合实际需要的标准。

1 发动机缸体加工

1.1 缸体加工介绍

发动机缸体是箱体类零件，内部为壁薄多孔的复杂结构，因此在加工过程中极易发生变形，这就对加工精度提出了极为苛刻的要求。目前，发动机缸体加工生产是在由数控加工中心组成的柔性生产线上完成的，该生产线的自动化程度较高，且生产成本低，但对生产线的每一个环节要求都极高，否则难以达到缸体加工工艺标准的要求。

1.2 缸体加工工艺流程

1.2.1 缸体表面加工 缸体表面加工由平面加工和孔系加工组成，其中平面加工主要由端面铣削完成，例如顶面、底面、前后端面的加工就属于此类；而孔系加工则需要镗削、珩磨、钻、铰和攻等加工工艺，如水套孔、安装孔、活塞缸孔、油孔、连接孔、曲轴孔以及销孔等。

1.2.2 缸体加工工序流程 缸体加工工序由四道工序组成，分别是主要型面加工工序组、主要孔柱加工工序、清洗检测工序组、辅助结构加工工序组组成，不同工序的定位基准不同。如部分工序采取粗基准3-2-1完全定位方式、部分工序采取一面两销完全定位方式，而定位面也有底面或端面的区别。在整个缸体生产线工序中，对缸体后端面和底面的加工工序是最为关键的工序。

1.2.3 缸体加工阶段划分 缸体生产线分为两个模块，每个模块分为两部分，整个生产线可划分为若干个粗加工单元、半精加工单元和精加工单元三类。

2 缸体加工变形影响因素

2.1 工艺系统方面的影响因素

2.1.1 机床引起的误差 机床引起的误差主要来自于主轴回转、导轨产生的误差以及传动误差等。如主轴回转过程中产生的误差对端面的加工形状和位置的精度影响较大。

2.1.2 夹具引起的误差 夹具误差有定位误差和夹紧误差两类，定位误差可采用3-2-1完全定位方式消除，而夹紧力误差则可通过夹紧力大小的调整进行控制。

2.1.3 刀具引起的误差 现有的缸体生产线工艺中，刀具的刀柄锥面和端面同时与机床主轴形成紧密的配合，定位精度较高，可适用于高速切削，因此刀具安装误差和振动误差对缸体加工变形的影响可忽略不计。但随着刀具加工的工件数目逐渐增多时，刀具由于磨损造成了垂直误差，引起了加工变形。

2.1.4 工件原因分析 发动机缸体属于薄壁箱体类加工零件，在对缸体端面切削加工过程中产生的热变形和力变形，同样会造成加工误差。热变形可通过高压冷却液和刀具的内冷功能进行消除；而力变形包括夹力变形和切削变形，前者属于静态力，后者属于动态力。研究表明，在工件加工过程中，切削力对表面误差的影响要大于夹紧力的影响，因此铣削力过大就成为影响工件加工误差的主要原因。

2.2 工艺过程方面的影响因素

2.2.1 加工工艺分析 加工工艺主要从刀具路径、加工工序和切削参数三方面考虑，刀具路径对缸体表面加工形貌影响较大，加工参数对缸体表面加工变形有直接影响，切削参数对缸体表面加工质量影响显著。在粗加工阶段，切削力和毛坯自身的内应力导致工件产生较大变形；半精加工时刀具磨损产生过大的铣削力，影响工件精度；两个阶段的效应累积造成加工工序对缸体加工精度的影响较大。

2.2.2 过程调整分析 发动机生产线在运行过程中，仅对加工设备进行维修调整，或者是在工艺方案允许的前提下，对设备参数进行微调，对工件的加工不产生显著影响。

2.2.3 结果测量 缸体加工中的垂直度测量为在线测量，使用三坐标仪的测量精度可达到0.001mm，满足精度设计要求，因此结果测量误差对加工精度的影响可忽略。

3 缸体加工变形和精度控制

3.1 缸体加工变形和加工精度的关系

缸体加工变形影响了缸体的加工精度，而加工精度则直接反应了缸体加工变形程度，二者之间是彼此影响，密不可分的关系。因此，提高缸体的加工精度，就是减少和控制缸体加工变形问题。

3.2 缸体加工精度控制策略

3.2.1 直接减少或消除原始误差 直接法应用较为广泛，该法是在对加工误差的影响因素进行明确的基础上，采取有效措施直接消除或减少误差的方法。如刀具加工工件数目达到一定值时，更换新刀具，可消除垂直误差。

3.2.2 误差补偿法 误差补偿法是通过人为方式制造一种新的原始误差，从而抵消工艺系统中存在的固有误差。人为误差与原始误差之间是大小相等，方向相反的关系，互相抵消后可提高工件的加工精度。

3.2.3 误差均衡法 误差均衡法是指在加工工序中，加工内容设置不当引起的误差累积，可通过前后工序内容平衡来减少误差的方法。如粗加工和半精加工在同一工序中完成时，就会导致粗加工中的误差累积到半精加工中，导致缸体后端面与底面垂直度误差偏大，若将两道工序分离操作，将前道工序与本道工序加工内容进行调整，可减少误差。

3.2.4 误差转移法 误差转移法是工艺系统中的误差转移到不影响加工精度的方向上去，可转移的误差包括几何误差、受力变形和热变形等。如缸体后端面曲轴密封面产生接刀痕时可改变走刀路径，使刀痕转移到后端面沟槽中，消除道行对密封面的影响。

4 结语

缸体内部结构复杂，对加工工艺要求较高，缸体在加工过程中，受多种因素的影响，不可避免的产生加工误差，导致加工工件的变形，影响了缸体和发动机的实用性能，因此，了解缸体加工变形的影响因素，采取有效的控制措施减少缸体加工误差，提高工件加工的精度是每个企业应该解决的关键问题。

参考文献：

[1]雷锋杰.汽车发动机缸体加工变形分析与精度控制研究[D].上海交通大学，2012.

某电厂加工设备应力变形分析和研究 第4篇

中国人口的数量众多, 随着社会的进步, 人们生活质量的提高, 用电量激增是现代化的要求。为了增加发电量, 就需要扩大发电机组的容量, 对电厂的发电机组进行改造。需要利用非标设备对汽轮机高压内缸汽封内侧端面进行加工处理, 该设备为端面镗。其端面圆形, 且垂直于地面, 该设备也需要垂直与地面, 因此要考虑设备安装后自重对其的刚度影响并作以进行分析。

1 端面镗和高压内缸的结构尺寸

端面镗的结构和尺寸如图1 所示, 切割端面外圆直径为1210 mm, 固定端约束直径为2690 mm, 设备总重约2.5 t, 由此可见尺寸大、重量大, 安装后变形情况很严重, 若因自重变形, 会对加工产生不利的后果, 将直接导致有的地方加工不到位, 有的地方过加工, 这是绝对不允许的现象。该设备由液压马达驱动, 刚性部分由支撑横梁、刀架横梁、刀座、轴承和螺栓等组成。该端面镗上的刀架夹持刀具绕高压内缸轴线做回转切削运动。

为了确保在电厂现场加工高压内缸端面时能够安全可靠地进行, 需要一次加工生产到位, 在设计合理的结构外, 需要对其刚度进行分析, 主要分析其在自重情况下的形变。应用Siemens NX8.0 的建模模块对端面镗进行实体建模, 并且应用设计仿真模块进行刚度的有限元分析。

2 建立端面镗的Siemens NX8.0 三维模型

打开Simens NX8.0->NX 8.0, 选择零件建模模块, 设置基准坐标系为显示状态, 观察分析该端面镗设备, 很明显当刀架在最上面, 刀架横梁为竖直, 刀架横梁与支撑横梁垂直时, 端面镗变形量最大, 也就是说此时的刚性最差。因此以XOZ平面为基面, 将整个装配体的刚性部分建立成一个实体。将建立好了的数据模型保存在英文目录save下, 命名为part_dmt.prt, 实体模型如图2 所示。

3 应用Siemens NX8.0 进行变形分析

用Siemens NX8.0 打开建立的part_dmt.prt模型文件, 选择“设计仿真模块”。首先为端面镗设定材料属性, 选择指派材料按钮, 选择其中的Steel, 系统默认将Steel的物理属性赋予相应的值。由于是在自重情况下计算变形情况, 因此在载荷类型中选择重力。该设备是用螺栓刚性连接到高压内缸的中分面上的, 因此约束类型选择固定约束。网格配对条件中的搜索距离为3 mm。同ANSYS一样, 需要进行网格划分, 选择“3D四面体网格”, 单元大小设置为10 mm, 网格控制选项单元数为3, 确定并全部保存, 观察网格划分情况如图3 所示。

前期处理工作已经设置完成, 对有限元模型检查, 观察提示框中的文本, 提示成功无误后对整个模型进行解算, 查看计算结果。形变云图和应力云图如图4、图5 所示。进入高级仿真模块可以以动画的模式观察在自重的情况下的变形过程和应力变化情况。

可见受自重的影响, 最上端刀架处的位移变形的最大为0.0454 mm, 最大应力为6.655×10-5MPa。变形量不大, 应力集中点的应力也很小, 因此, 满足刚度需求, 充分验证了结构设计的合理性。

4 后处理

应用Siemens NX8.0 对端面镗的模拟运算结果符合实际试验的数据, 与设计的结构形变相吻合, 充分证明了其结构的合理性。应用有限元软件进行计算, 结果准确科学, 可参考价值非常高, 实用性非常强。由于电厂发电机组改造的意义巨大, 因此该端面镗设备的精度和实用性非常重要。仅仅做抽象的简化模型进行基础运算是很难满足结构设计的要求的。

5 结语

综上所述, 合理地运用一些有限元软件, 如ANSYS和许多三维软件自带的有限元仿真模块, 进行合理的建模, 选取适当的约束和受力, 会起到事半功倍的效果, 会使设计的结构合理, 避免刚性不足和应力集中现象。另外特别的是对其合理的划分网格, 当结果在允许的范围内时, 会使运算速度大大提高。可以说有限元为实验和实践提供了基础的保障。

摘要：随着火力发电的发展, 电厂为了扩大发电机组的容量, 需要对汽轮机进行改造。因此需要设计一套非标设备对汽轮机的高压内缸汽封内侧端面进行补充加工。端面为垂直于地面, 设备也只能垂直于地面进行加工, 设备的刚度会直接影响加工的精度。对设备建立实体模型, 进行有限元分析, 计算器刚度变形。

关键词：ANSYS,刚度,变形,设备

参考文献

[1]成大先.机械设计手册[M].5版.北京:化学工业出版社, 2008.

[2]汪玉林.汽轮机辞典[M].北京:化学工业出版社, 2009.

长输管道工程投影变形分析论文 第5篇

3问题的解决方法

3.1线路测量中投影变形的应对处理管道设计和施工中采用基于格网坐标的线性参考系统，如果在材料计算和施工中不考虑投影变形，则会造成系统错误。特别是采用航空摄影测量与常规工程测量相结合的`方法进行作业时，由于两种方法所遵从的作业原则不同，这将导致最后的结果产生一定的差异。为了保证两套成果的一致性，有效消除投影过程中的长度变形，通常采取以GPS首级控制测量为基础，采用GPS-RTK的方法测量线路转角桩并对线路进行控制，从而消除测距仪测量时长度变形的误差累积和传递，转角桩间距不超过1千米或采用加桩的方式将其分割成l千米长的间距。这种方式也可以很好地控制长度变形，简化施工放样的计算。3.2站场测量中投影变形的应对处理测量规范中规定，在选择油气田平面控制网的坐标系统时高程归化和距离改化的综合长度投影变形ΔS不得大于1/40000，即|y2m/2R2m-Hm/Rm|≤1/40000。因此，国家统一坐标系存在一定的适用范围，在不影响严密性的情况下，取Rm=6371km，则有：Hm=7.848×10-8y2m±159式中Hm和ym以米计。由此可以得出国家统一坐标系的适用区域，如下图：图中可以看出当测区离中央子午线较远或测区高程较高时，投影变形误差会超出允许范围。为此，工程中通常采用选择局部坐标系的方法来限制投影变形，选择局部坐标系的方法有以下几种：(1)抵偿投影面的高斯坐标系。该坐标系仍采用国家3°带高斯投影，但投影的高程面不是参考椭球面，而是为了补偿高斯投影长度变形而选择的高程投影面，使得在这个高程投影面上，长度变形为零，即y2m/2R2m-△H/Rm=0式中：△H=Hm-H，即测区平均高程面Hm高出抵偿高程面H的高度。(2)任意带高斯坐标系。将椭球体面作为投影面，但投影的中央子午线不是标准的3°分带中央子午线，而是为了补偿高程投影变形而选择的某一条子午线作为中央子午线进行投影。即固定Hm而选择ym，则ym=2RmHm。(3)具有高程补偿和带宽限制的任意带高斯坐标系。选择通过测区中央的子午线为投影中央子午线，而高程抵偿面选在测区的平均高程面上，以便通过双重补偿以扩大测区的允许高差和带宽的限制。某长输管道线路设计1处山岭隧道，长3576m，平均海拔1322m，管道全线采用6°带高斯投影，隧道所处位置距中央子午线185km。经计算该隧道的长度综合变形值达到了0.767m，远远超出了限值要求。为减小投影变形对隧道设计和施工的影响，测量中以通过测区中央的子午线作为投影中央子午线，以测区平均高程面为投影面建立了隧道穿越区任意带高斯坐标系，并与线路测量坐标系建立明确的换算关系。通过以上抵偿坐标系的选择，有效的消除了投影变形的影响，保证了隧道工程的顺利贯通。

4结语

机械加工变形分析论文 第6篇

【关键词】航空铝合金；结构件；数控加工变形；控制

铝合金的耐蚀性好、密度较小、有较好的成形性、而且其资源丰富、数据充分、成本不高，性能也在逐年不断地提高，因此现代民用大型飞机中铝合金是不可缺少的主要材料之一。

航空整体结构件数控加工变形的问题涉及到了材料成型加工、力学、机械制造以及切削加工等多个学科领域。对飞机零件进行薄壁化设计可以有效地控制飞机的重量，结构的整体化可以大大的影响生产效率和制造的成本，还可以减少零件的数量以及连接装配的工作量，但由于大型航空整体结构件形状复杂以及整体的刚性较差等，这就导致了在零件加工的过程中容易产生变形，因此我们应该重视切削加工工艺的提高，不断地创新和优化其加工工艺，进一步控制大型整体结构件加工过程中的变形。

1.浅析航空铝合金结构件数控加工变形的现状

随着经济的发展和时代的进步，一些现代大型的商用客机对于性能的要求也在不断地提高，普遍的采用了直接掏空那些整块的大型的毛坯，然后加工成复杂的整体结构，如一些减轻孔、筋条、槽腔等，此种方法多运用于大部分骨架零件尤其是主承力结构件上。但是由于结构件加工的整个过程周期比较长，加工的精度和质量都很难控制，切削加工时易受到一些因素的影响从而产生变形，因此当前航空制造业所面临的一个重要难题就是实现高效率、高精度和高可靠性的切削加工。航空制造业对于零件的质量和精度要求都非常高，它对于形位的误差以及加工的精度甚至比汽车制造业要高出许多，虽然航空所用的铝合金材料具有较好的可削性，但对于航空铝合金的高效切削加工研究也是目前面临的一个焦点问题，解决大型航空整体结构件的关键技术是高效加工的工艺，也就是切削工艺优化与高速加工技术的有效结合。所谓的高效加工技术即为了保证加工的精度以及便面的质量从而在加工过程中运用短而有效的单件加工时间和高材料去除率，而其中高效的切削技术是实现高效加工工艺的关键技术。

我国航空制造业的技术水平起步较晚，在飞机整体薄壁结构件制造方面，技术水平仍旧不够高，主要还是以传统的制造业为主，一部分的工作人员仍旧以之前的那些旧的切削工艺和主轴转速进行结构件的加工。但随着经济的不断发展和科学技术的进步，我国的航空飞机制造业在近些年也得到了迅速的发展，在以往时间的基础上进行不断地总结和改进，并且一些大型的飞机制造企业大力投资引进了一些先进的设备和高端的自动化水平，而且建立了一些大型的高速加工中心，进一步为飞机制造业的发展提供了有利的环境条件，其发展水平已经逐渐向一些发达国家迈进，但是在我国的高速切削水平上，与其他发达国家相比，还存在着一定的差距，主要是缺少更多的高速加工技术的支撑，没有发挥出潜在的一些高精度、高效高速的生产能力。

2.影响航空铝合金结构件加工变形的主要因素

就目前情况来看，在整体的加工过程中存在了很多的问题，它在选择加工参数的时候比较保守，从而出现一些不合理的状况，而且在确定加工工艺的时候缺乏了一些相关理论研究的支撑，在确定加工工艺的时候是在以往经验的基础上运用了试切的方式，这种方法降低了结构件加工的效率，使高速加工中心的性能不能得到充分的发挥。从铝合金结构件数控加工过程中存在的问题深入研究分析，进一步总结出了引起整体结构件加工变形主要分为三个方面的因素。

（1）航空铝合金的在切削的过程中容易产生回弹，尤其是在在大型的薄壁结构件中，这种回弹的现象更严重。此外，还有一个使整体结构件产生较大变形的内在因素是由于航空整体结构件的形状复杂、薄壁部位比较多、几何结构不对称以及自身的刚度较差等等。

（2）在航空整体结构件进行工艺加工的流程中，铝合金预拉伸板要经过轧制、固溶、拉伸以及时效等等一系列的工艺流程才能使机械性能可以达到理想的效果，但在加工的过程中原来的应力自平衡会在材料的不断去除导致板内残余应力发生释放和重新分布的影响下遭到严重的破坏，然而要想使遭到破坏的应力自平衡重新恢复正常，达到新的平衡状态，只有通过工件进行变形。

（3）工件与刀具的接触部分会在切削力的作用下发生变形，而材料也会在刀具的作用下不断地被切除，而且在薄壁的部分，特别影响加工精度的是工件由于产生回弹效应而出现的让刀现象。这种现象的产生会影响到薄壁部分的加工精度。此外，刀具会影响被切削的材料，使其发生弹性和塑性变形从而消耗功，最终产生大量切削热，发生热变形。

3.控制铝合金结构件数控加工变形的一些措施

优化加工工艺和改进装夹系统，是控制大型整体结构件加工过程中变形的最有效的策略。优化的控制策略一般可以分为两大类，第一种是以侧壁加工为主要特征的加工，其控制策略分为三方面：一是为了使零件局部保持高刚度，采用分层环切的刀具路径。二是为了避免由于让刀而造成的加工误差，可以根据具体不同的加工情况选择逆铣方式，而采用顺铣方式可以避免产生过切的现象。三是在选择刀具的时候要合理的选择道具的参数，也就是要选择带有一定圆角的刀具来进行侧壁的加工工艺。第二种是以底面加工为主要特征的加工，其控制策略分为三个方面：一是为了在加工过程中使零件局部保持刚度，可以采用中心环切的刀具路径。二是在选择刀具的时候，为了使加工过程中的轴向力较小，尽量不选用那些带有圆角的刀具。三是为了减小加工过程中的底面变形，要选择真空夹具装夹。

4.结束语

有效的控制和解决航空整体结构件加工变形的问题成为了如今航空制造领域中最关键核心的技术问题，而通过一些高效的切削技术和对工艺参数的合理选择以及有效的改进装夹系统等等，都能够有效的控制结构件的加工变形，也能够使航空整体结构件达到高效精密加工的效果。各大航空制造企业应该总结以往的实践经验和不足，在引进国外一些先进高端技术和设备的基础上，不断地进行自主研究创新，并借助当前一些研究所和高校的技术、研究条件以及人才的优势，进一步的实现航空整体结构件的精密高效加工。 [科]

【参考文献】

[1]兰国玮.航空铝合金切削工艺数据库系统的研究与开发[D].厦门大学，2014.

[2]张阁.航空整体结构件数控加工变形补偿与软件開发[D].山东大学，2014.

机械加工变形分析论文 第7篇

关键词：薄壁件,加工变形,残余应力,仿真

0 前言

在航空航天制造业中,为了减轻质量,提高飞机和航天器的结构强度和机动性能,越来越多的整体薄壁结构零件被采用,如飞机结构件中的薄壁框、壁板、翼肋和发动机的涡轮叶片等等。这些薄壁结构件具有形状复杂、尺寸大、加工精度要求高、薄壁部位多等特点[1]。数控加工后,往往容易产生加工变形,因此,预测零件的加工变形,并通过改进加工工艺减小零件的加工变形、提高产品品质的研究已是当务之急。在影响航空整体结构件加工变形的众多因素中,毛坯材料的初始残余应力、切削力和装夹力为主要因素。王立涛[2]、Ratchev[3]等人提出了铣削加工的受力模型,王树宏[4]、王志刚[5]等人在其模型的基础上改进了切削力模型,并进行了特定的变形分析。孙杰[6]、董辉跃[7]等人研究了材料去除过程中残余应力的重新分布引起的加工变形。郭魂等人[8,9]对加工过程中不同的装夹方案和走刀方式对铣削变形的影响进行了研究。AltintasY、Budakt[10]应用有限元法对薄壁件的铣削变形进行了仿真研究,但没有分析不同的切削用量、刀具参数组合对变形的影响。而从现有的研究成果分析和实际加工现场调研可知,工艺方案中包括切削用量和刀具结构参数对加工变形的影响也不可忽视。

本文以航空铝合金7050T7451腔型薄壁零件的数控铣削加工为研究对象,由于总结铣削加工变形规律需要大量的数据,如果只通过试验来获取数据成本太高且非常耗时,利用Production Module 3D仿真软件建立模型,该软件是基于有限元仿真软件AdvantEdge计算的大量切削力、切削温度、残余应力、塑性应变率等数据,应用弹塑性力学理论来预测零件的加工变形,能够进行大量的模拟计算,从而实现对航空框类薄壁件铣削加工变形影响规律的研究。

1 仿真模型的建立与验证

1.1 薄壁件几何形状

考虑到数值模拟的计算效率和航空框类薄壁结构件拓扑结构的共性,设计了如图1所示的薄壁结构件,其中侧壁和腹板厚度均为2mm。

1.2 初始残余应力的测定

薄壁结构件的毛坯材料采用航空铝合金7050T7451预拉伸板,参数如表1所示。

由于毛坯初始残余应力对铝合金薄壁结构件铣削加工变形具有重要的影响,因此在仿真模型中,需要将毛坯的初始残余应力导入到模型中。

试验通过剥层X射线衍射法测量了7050T7451铝合金厚板内部的残余应力[11],X射线法是测量残余应力较为成熟的方法,由于其穿透金属的能力差,对于铝合金小于50μm,所以它仅能测量工件表层残余应力,试验所用仪器为日本理学公司生产的MSF-3M型应力分析仪。若要测量铝合金厚板内部残余应力,必须通过切削或腐蚀使材料内部逐层暴露,以测量各层的残余应力。试验过程假设板内残余应力仅随板的厚度变化,与板中面对称并在平行于板中面任一平面内均匀分布[12,13]。测量结果如图2所示。

1.3 Production Module 3D仿真模型的建立

仿真所使用的软件为Third Wave公司的Production Module 3D,该软件是基于金属切削原理的物理仿真与数控程序相结合,支持实体模型和刀具轨迹的输入,可以计算加工过程中的切削力、切削温度、功率和加工变形等。

分别设置机床、刀具、毛坯和坐标系等,数控机床控制器型号选择fanuc16,选用硬质合金铣刀,具体参数见表2。在定义毛坯时,除了输入表1中的参数外,还需将测得的毛坯初始残余应力导入。

考虑到对于刚性较低的薄壁结构件,装夹是引起加工变形的一个重要因素,模拟铣削加工时具体的装夹条件对零件进行边界约束。实际加工时,工件底面平放在工作台上,侧壁采用虎钳夹具夹持。该过程软件通过3-2-1约束来实现,即同时在零件底面选取不共线的三个点,分别约束3个、2个及1个移动自由度,如图3所示,这样既保证零件内部残余应力重新分布引起的自由变形,又约束零件的刚体位移。

借助UG/CAM编程,在UG建模模块中创建工件的CAD模型,定义切削参数,主轴转速n=5000r/min,进给fz=0.6mm/r,切深ap=2.2mm,切宽ae=2mm,在UG数控铣削模块中进行加工几何仿真,生成零件加工的刀位轨迹文件(NC文件),将其导入PM中进行计算。

1.4 模型验证

图4为PM仿真薄壁结构件加工整体变形云图,为了对所建立的仿真模型进行验证,沿工件纵向按一定间隔取出20个点的变形值,与文献[14]中的实验数据进行对比,如图5所示。从图中可以看出,PM仿真结果与实验测得的薄壁件加工变形整体趋势相符,与实验值的相对误差均在16%以内。考虑到仿真模型经过了一定的简化,且零件毛坯材料实际的初始残余应力也可能并不是完全有规则的对称分布,因而认为模拟结果是可以接受的。

2 铣削加工变形影响因素的研究

基于该仿真模型,探究不同走刀路径、切削用量和刀具结构参数对薄壁结构件加工变形的影响。本文研究的四种常规走刀路径如图6所示,分别为之字走刀、并进走刀、内环走刀和外环走刀,切削用量包括主轴转速、进给、切深和切宽,刀具结构参数包括刀具直径、齿数和前角。每个参数设计3个不同数值为一组分别进行仿真,记录各方向的最大变形量,对比每组不同数值的仿真结果。

2.1 走刀路径对加工变形的影响

从图7中可以看出,在不同走刀路径下工件的加工变形有很大不同,外环和之字两种走刀方式,加工变形相对较小,而并进走刀产生的加工变形量最大,在z方向达到了0.06mm,x和y方向的变形量也最大,其次是内环走刀方式。根据文献[15]的研究结果,在其他加工条件不变的情况下,只改变走刀路径,零件的残余应力分布及加工变形会出现较大不同,其中外环走刀方式较其他三种情况残余应力分布比较均匀,加工变形也相对较小,而在并进和内环走刀加工模式下,由于存在多次进刀、出刀操作,切削力变化比较频繁造成应力积聚,使得应力波效应显著,因此加工变形比较大。

2.2 切削参数对加工变形的影响

从仿真结果可以看出,工件在x方向和y方向的最大变形量均小于其在z方向的变形量,图8中主轴转速n= 5000r/min时三个方向的的加工变形均为最大,随着转速增大到10000r/min变形量有所减小,而当转速继续增大到15000r/min变形量几乎没有变化,说明转速在一定范围内会对加工变形造成影响。从图9可以看出,进给依次增大引起工件y方向和z方向的变形出现减小趋势,而x方向变形量明显增大,这是因为随进给量增大,切削厚度增大,但切削厚度增大的同时使变形系数减小,摩擦系数也降低[16]。从图10和图11中可以看出各方向的变形量对于切深、切宽的变化不敏感,且其变化没有任何规律可循,文献[17]指出,切削深度和宽度对工件已加工表面层残余应力的影响很小,从而难以对加工变形产生较大影响,本文仿真结果正好与该结论相符。

2.3 刀具结构参数对加工变形的影响

从图12中可以看出,随着刀具直径的增大,工件z方向变形量大幅增加,当刀具直径d=18mm时,最大变形量达到0.064mm,说明工件变形量受刀具直径影响较大,从文献[18]建立的基于铝合金材料7050T7451的数控铣削力经验公式:

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可以看出切削力会随刀具直径do的增大而增大,因此引起了变形量增大。

如图13所示,随着刀具前角的增大变形量有减小趋势,当刀具前角为24°时工件变形最小,因为前角增大,切削温度及切削力会降低,所以大的前角可以减小切削热的产生,从而减小残余应力,减小工件变形[19]。

3 结语

1) 建立了薄壁结构件铣削加工仿真模型,并通过与实验数据的对比,验证了该仿真模型可以满足数值模拟的精度要求。

2) 并进走刀和内环走刀方式产生的加工变形量要大于之字走刀和外环走刀,因此采用外环走刀方式可以有效的控制工件的加工变形。

3) 转速和进给量配比组合会影响加工变形,较小转速加工会使得变形量增大,而铣削深度、铣削宽度对加工变形的影响难以获得有效规律。

4) 刀具结构参数中的刀具直径对加工变形的影响相对较大,刀具直径越大产生的加工变形越大。刀具前角的增加使得加工变形出现减小的趋势,在实际生产中,在刀具耐用度允许的情况下,可选用较大的前角以减小加工变形。

机械加工变形分析论文 第8篇

为了对铝合金薄壁件铣削时受力变形的规律进行研究,需要大量与铣削加工相关的数据,这些数据完全靠实验来获得成本太高,所以采用有限元分析软件ANSYS10.0对薄壁件加工受力变形进行建模分析,在此基础上为了验证有限元模型分析的正确性,进行了部分实际铣削实验验证。在理论分析和数值计算的基础上,通过分析数值计算结果,获得薄壁件铣削变形规律,并在不同切削参数组下进行铣削加工,验证了变形规律的有效性,为控制变形及切削用量优化奠定基础。

以薄壁件方框直侧壁结构作为研究对象,应用有限元分析手段进行薄壁件立铣加工变形的规律及结果分析,并进行实际切削加工。为简化计算,假设机床、刀具为刚性体不考虑其变形,不考虑热效应及振动效应的情况。

2 实验方案

根据已有的铣削力数学模型[1],针对不同的铣削用量,对其相对应的模型进行工件加工变形试验。由于铣削加工涉及4个切削参数(主轴转速、轴向切削深度、径向切削宽度和进给速率),因此本试验属于多因素试验范畴。

2.1 正交试验方案的确定

采用四因素回归正交试验法(旋转中心复合正交试验)设计法,确定主轴转速、轴向切削深度、径向切削宽度、每齿进给量等切削参数后,对其工件径向方向进行测量。

对于工件厚度为1mm方形槽,制定四因素三水平的正交试验因素水平表如下:

2.2 实验设备、刀具和工件材料

薄壁件实验的加工条件如下:

(1)刀具:材料为高速钢W18Cr4V的φ10三刃立铣刀和φ4三刃立铣刀。

(2)工件材料:铝合金LY12CZ(热轧板GB3193-82),σb=510N/mm2,σ0.2=373N/mm2,布氏硬度为HB130。薄壁长为40mm,宽为20mm,高为12.5mm。

(3)实验设备:THA5656立式加工中心,铣削方式为逆铣。

(4)铣削参数:v为铣削速度;ap为铣削深度;ae为铣削宽度;d0为铣刀直径;f为进给量。铣削参数取值范围:取ap=2~12.5mm;ae≤0.05d0;af=0.1~0.2mm/z。

2.3 侧壁和方槽加工工艺

(1)备料15×40×40;(2)光四侧面和上下面,加工4-φ6通孔以作定位;(3)用4-M5螺钉将工件压紧在工作台上,反复翻面铣大面,厚度至15±0.1mm,保证两大面平面度0.05mm。夹紧方式也可以采用平口台虎钳式装夹;(4)将工件以平面度较好的一面定位,用螺钉紧固,粗铣型腔。粗铣参数:φ10立铣刀,白钢刀,3刃。S800,F200,行距6mm,层切4mm,单边留量1.5mm;(5)将工件压紧在工作台上,精铣型腔到尺寸。精铣参数:φ4立铣刀,硬质合金,3刃。S4000,F200,行距2mm,层切2mm,单边留量1mm,加工至尺寸。

3 薄壁件加工实验数据分析

根据上述铣削实验方案的论述,对精加工薄壁件切削实验进行总结,精加工实验参数详见表3。粗加工至工件壁厚1mm,并进行多次空走刀保证工件形状精度。

为研究薄壁加工变形规律,表格数据为切削完成后,未拆卸装夹时,用千分表在加工表面上x1=10,x2=20和x3=30三处轴线位置由上至下测量的变形数据。为此可以得出表面变形图。各测量点之间,间距为1mm,如图2所示。

以精加工为例,即各个试验条件,详见表2。选取侧壁尺寸为:长L=40mm,高H=10mm,厚度W=1mm,选用刀具为φ4三刃立铣刀,悬伸长度为14mm,螺旋角30°。试验结束后通过测量工件表面各点的坐标,可以得到工件表面的实际位置。如图3所示,当刀具转速为2000r/min,进给速率200mm/min,铣削深度为10mm,径向切深0.1mm条件下,工件变形范围在-0.024~0.001mm。工件变形最大点,出现在x2(工件中间),Z向测量点2处。

/mm

实验中所采用测量设备为千分表,其测量精度为0.002mm。从上述可以看出,在工件下端,三个位置变形相差不大,而上端差别较大,这是因为对于每个位置处随着切削的进行,一部分材料被去除,工件上端刚性急剧减小,导致变形增大,而下端刚性相对较为稳定。工件壁的上部产生的变形较大,而工件的底部由于被真空吸盘固定住(实验时,采取整体铣削,并用组合夹具进行装夹),在加工中几乎不产生变形。

4 有限元变形分析与实验数据比较

对于封闭方形框架工件,对铣削深度为10mm、铣削宽度为0.1mm工件(即论文当中实验3)的三个不同位置(即x1、x2和x3处),进行有限元变形分析结果与实验数据进行对比。

有限元分析当前工件的实验3条件下,所对应的变形量如表5所示,实验测量数据如表6所示。

如图4所示,在x3处理论分析与实验分析的最大误差为0.00597mm,但整体趋势还是保持着一致。

5 结语

通过上述的有限元法和实验验证,对指定位置进行了理论分析与实验值的比较。可以看出计算值与实测值的变化趋势整体上是一致的,考虑到实际的测量误差,这种差别还是很小的。实测值数据都比相应的计算值略大,通过薄壁件有限元变形分析和实验验证,可以得出以下结论:

(1)建立铣削薄壁件变形的有限元模型后,针对不同的铣削用量情况下,采取正交实验方法对其模型进行工件变形量试验的验证,并对各个工况进行了分析;

(2)通过上述分析,最后得到实验和有限元分析的比较结果。尽管两者存在一定的误差,但是计算值与实测值的变化趋势整体上是一致的,由此可得出本文提出的FEA模型的可参考性,而且基本上在一个比较固定的区间内,应该是刀具、残余应力等其他因素影响所致,这方面内容有待于进一步研究讨论。

参考文献

机械加工变形分析论文 第9篇

1 机器人课堂,让观念得以转变了,让“三化”得以落实

为了让机器人课堂教学能更好体现创新能力培养,就应该更好的落实课堂“三化”,“三化”即以学生的学习为中心,将教材内容问题化;以问题的解决为核心,将学科问题活动化;以活动开展为线索,将知识方法的结构化。

本课围绕机器人的搭建以培养学生创造力为中心,学习梁、轴、销等知识,提出了如下一些问题,即这是一些什么器件?有何用途?如何用这些器材制作一个简单的夹子?当制作好一个简单夹子之后,又提出了第下一个问题:如何制作可以抓取圆形物体的抓手?要用到哪些材料?如何制作?当做好了能抓取圆形物体的机械手时,再次提出新问题:如何改进?如何利用自己的作品能抓取远处物体和摘果子的活动等,围绕本课知识提出了这样一系列问题,很好地将教材内容问题化。

机器人活动课的设计意图就在于“实践”上,“实践”就是要让学生动手、动眼、动脑,走出课堂,联系实际生活,感受科技的魅力。要让学生通过合作探究,完成对知识的探索和积累,机器人科技活动课,既然是活动,必须让学生动起来,在活动中发展,在活动中成长,在活动中实践,在活动中培养创新精神和实践能力!因此,必须采用新的“活动元”来“活动育人”,学生活动起来了,就一定会有切身的感受,活动的好,效果必然水到渠成。如《剪刀变形机械抓手》一课中创设的情境“比赛”,它既是一个活动情境,同时又是整节课的一条线索。围绕这条线索,先让学生“石头、剪子、布”的游戏活动,学生的热情被点燃了,学生一个个都摩拳擦掌、跃跃欲试,都积极而欣喜地投入课堂。这了解决这一系列将问题,以问题的解决为核心,分别设计了三个教学活动,即比赛抓取乒乓球,比赛远处取物和模拟摘果子的活动,完美实现了将学科问题活动化。每一个阶段我们又以活动开展为线索,分别认识了各种梁、各种插销之间的结构和功能的认识,将知识方法有效的结构化;教师采用了比赛、做游戏的方法,提高了学生对本课的兴奋度和关注度。同时通过活动让学生明白制作作品的五部曲:看一看、议一议、做一做、试一试、评一评,从孩子们的表情再次证明,学生是喜欢的,效果是明显的。

2 机器人教育,改善了课堂环境,让“收与放”完美结合

机器人活动不能“教”,但由于初中学生年龄小,再加初次接触机器人,又离不开必要的“教”。尤其是课程刚启动,学生处于一种不知所然的状况,一上来就放由学生所谓“自主选题”,这显然是不太现实。经过实践证明,机器人活动离不开教师的具体指导-“教”。学会合作,均需要教师的点拨,甚至是训练。要“放”就必须先“扶”,否则学生无所适从。

如《剪刀变形机械抓手》一课是以机器人搭建为载体培养和提高学生的创新意识、创新精神和创新能力,重点在于引导学生通过生活场景从剪刀变形成机械手的活动,并体会到不同的机械手在生活中的价值。同时,通过简单的机器人组件搭建和任务活动,培养学生的观察力、进行初步的想象思维、发散思维和逻辑思维的训练。所以本课先采用了做游戏、播放视频、搞比赛等方式让学生认识器材、制作步骤、作品要求、制作作品,这样统一“收”在老师的统筹之下,同时也起到了“扶”的作用,这是很符合初中生的好胜、好奇、好动的心理特点,也是符合学生认知过程的需要。在比赛活动中学生以小组为单位进行活动,能过各种途径和生活实例得到启发,使学生能随心所欲,自由创作。在每一小组的作品中无不闪现出智慧的火花。在第二轮比赛——做一做、比一比中,学生的展示形式都远远超过我的预期,同学用丰富多彩的作品准确地诠释了梁的用途和各种功能,同学们风趣幽默的解说,各具特色的作品让同学刮目相看。在第三轮“改一改、晒一晒”比赛中,这是一段我认为十分精彩的作品展演会,这是我意料之外的创新,但也使我对这些孩子们刮目相看,他们有更多新奇的想法,有更多的灵性,更多的睿智,只要有一个宽松的氛围,只要做到收放有度。

3 机器课堂实现了“教师主导、学生主体”的教学结构

机器人教学强调学生的主体性,充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性。而教师要作为学生学习的指导者、帮助者,充分挖掘学生的聪明才智,积极引导学生开展活动,开拓学生创新思维获取新的知识。学生被看成知识建构过程的积极参与者,学习的许多目标和任务学生都会主动地获取材料来实现。教师由传统的知识传授者,转变为课程的设计者,学生学习活动的组织者和参与者。学生由被动的简单接受,转变为积极的学习者。学生学习方式由传统的接受式转变为主动学习和探究学习。作为授教者,在教学过程中鼓励学生敢于想并实践自己的想法,当学生询问新的方法时,我告诉他们“试一试”;当学生满脸茫然、一筹莫展时,我提示他们“换一换”方式再“试一试”;当学生胜利在握时,我鼓励学生能否再做“改一改”再“试一试”。

比如在学生实践活动一时,能不能让老师提供的器材“制作简单夹子”呢?让学生先试一试、做一做,这一环节为了让学生亲身体会去感受各器材的功能和作用。之后,用他们作好的夹子去夹取乒乓球发现夹不住,乒乓球要跑,引导出第二个活动,通过剖析存在的问题,引导学生发现问题、解决问题,目的是培养学生技能所要求的解决问题的能力,但在学生实践第二个活动“创意作品”这一环节,也是让学生自己去感受怎么变形才能更稳的夹住乒乓球,这样开放性的学生活动任务设计通过任务驱动,发挥想象,创意作品。提供自主创作的空间,在学生展示作品环节,采用学生自评、互评,教师点评相结合的评价方式,目的是培养学生交流和合作能力。营造了轻松、快乐的课堂氛围,学生兴趣浓郁,学习积极性高。尊重学生,欣赏学生,让学生在充满赞赏、表扬的氛围中学习知识。

4 机器人课堂让“知识学习”变成“创新能力”培养

信息技术与机器人创新课程融合后,达到能力培养和知识学习相结合的教学目标。课程融合要求学生学习的重心不再仅仅放在学会知识上,而是转到学会学习、掌握方法和培养能力上。学生搭建机器人解决问题的过程,是一个充满想象、不断创新的过程,又是一个科学严谨、有计划的动手实践过程。这个过程有助于培养学生的创新精神和实践能力,并且通过不断训练,学生可以把各种解决问题的技能逐渐迁移到其他领域。因此每节课一开始布置给学生一个具体的项目,一起讨论可能遇到的问题并适当讲解新的知识,然后学生主动地去完成该项目,作为教师特别注意加强小组指导,给学生出主意、激励学生、组织学生,项目完成后进行全班的课堂展示。最后请学生们一起总结在制作过程中遇到的问题以及是如何解的。学生们受到项目的任务驱动,积极性很高,思维活跃,效率提高。

比如本课在引入时先问同学们,你们是怎样比划剪刀的?同学们比得都一样,但接下来提示同学们能不能有其他更有创意的比法呢,这时学生就五花八门、各种各样的“剪刀”就比划出来了,这样逐步提升求异思维、创造性思维能力,目的是培养学生创造力、创新能力的培养。本课是以小组合作的方式进行作品的创作,老师只是简单的讲述了基本组件的名称及功能,而具体的设计是由小组根据活动的要求进行探究完成,学生通过发现、思考、解决问题的过程,学会变成会学。采用以学生活动为主的互动教学方法,由学生们讨论得出实验结论。而整个制作过程由学生组长带领导大家设计,每个小组的作品都不一样,甚至原理也完全不同,这充分的培养了学生的创新能力。

总之,机器人课程是一门实践性、技能性很强的学科,需要鼓励学生动手、动脑,机器人创新教育中能很好地助推"任务驱动"、"自主学习"、"协作学习"、"激发兴趣"以及"创新意识"等得到了实现,机器人教学是以制作机“机器人”为中心,以解决问题为线索,以“活动”为载体,任务驱动、层层递进,并将信息技术很好的融入机器人创新教育教学之中理念,适度、适时、应用了现代技术手段,真实的体现的现代技术在机器人教学的深度融合。

摘要：随着创新教育的逐步推进,尤其在李克强总理提出了“大众创业、全民创新”的号召以来,要求把学生推向前台,还主动权给学生,最大限度地激发学生的乐学情绪,培养学生创新精神,机器人课程是一门实践性、技能性很强的学科,需要鼓励学生动手、动脑,机器人创新教育中能很好地助推“任务驱动”、自主学习”、“协作学习”、“激发兴趣”以及“创新意识”等得到了实现,因为机器人教学集积木、电动机、传感器、小灯泡、梁、销、轴等配件于一体,材料新颖多样,创作灵活多变。

关键词：实践,创新课程,自主学习,机器人教育

参考文献

[1]王延松,刘君玲.对普通高校培养应用型人才创新模式的思考[J].长春工业大学学报,2006(4).

机械零件加工中的变形与相应措施 第10篇

关键词：机械加工零件,变形,措施,使用寿命,发展现状,安全隐患

机械加工零件安全性能的提高,不仅可以为相关的加工企业带来更多的经济效益,也对零件使用过程中安全事故发生几率的降低有着可靠地保障。因此,在对不同零件加工的过程中,操作人员需要充分地考虑各方面的影响因素,采取可靠的预防措施避免加工过程中出现加工零件变形现象,保证后期零件的正常投入使用。实现这样的生产目标,需要对现阶段机械加工零件变形现象出现的原因进行深入地分析,找出可靠的应对措施避免具体操作过程中产生零件变形问题,为现代化工业生产企业战略目标的实现奠定坚实的基础。

1 零件加工中的变形探索

1.1 内力作用下影响了零件加工精度

利用车床在对零件进行有效地加工时,对于车床的四爪卡盘依赖较强,需要在这种装置的作用下对零件进行必要地加固。同时,由于这种构件在车床正常运行中会产生向心内力,有利于对不同的机械加工零件进行针对性地操作,确保了零件加工计划的顺利完成。利用车床的四爪卡盘对零件进行加工时,切削力的存在可能会对加工过程中四爪卡盘作用下产生的夹紧力产生较大的影响,需要操作者规范加工过程中的具体操作行为,提高机械零件的加工质量。但是,结合目前机械加工零件的发展现状,可知在四爪卡盘实际的作用过程中容易产生零件变形问题,使得加工完成后得到的零件与设计要求的零件有着较大的偏差,影响了加工零件后期的正常使用。技术人员通过对这种加工流程的深入分析,发现零件加工时产生变形问题的主要原因有:(1)加工过程中零件的粗糙度过大,没有采取有效的热处理措施;(2)在对零件精加工时,操作人员没有对磨削加工与精加工进行同时地控制,致使零件加工中出现了变形问题;(3)加工过程中磨削的定位基准面选择不合理,致使其中的精镗内孔出现了较大的偏差,影响了零件的加工质量。

1.2 热处理加工后容易产生变形问题

对于薄片类的机械零件加工过程中的长径非常小。需要对零件进行热处理操作。经过热处理的零件在后期的放置过程中,容易产生变形问题。具体表现在:(1)零件中间鼓出一部分,加大了其平面偏差;(2)热处理后零件在放置的过程中受到各种客观存在因素的影响,产生了一定程度的弯曲问题。这些变形问题产生的原因主要有:(1)经过热处理后的零件内部的内应力发生了变化;(2)实际操作中技术人员对于零件的结构稳定性了解太少,加大了零件变形现象出现的几率;

1.3 外力作用下引起的弹性变形

机械零件加工过程中出现弹性变形现象的主要原因包括:(1)某些零件内部包含着薄片,自身的结构稳定性对于操作方法有着较高的要求。加工过程中操作人员忽略了这些构件的加工要求,引起了弹性变形问题;(2)加工中对于零件的定位不合理,降低了零件的刚性强度;(3)加工过程中切削力的存在引起了零件的弹性变形问题。这些方面的不同内容,客观地说明了外力作用下对于机械加工零件加工质量的影响。

2 主要的应对措施

2.1 提升毛坯质量

为了避免机械零件在具体的加工过程中出现变形现象,需要技术人员在各种设备具体操作的过程中,采取可靠的措施提升毛胚质量,确保加工完成后得到的零件能够符合零件设计方案的具体要求,为后期零件的正常使用提供可靠的保障。基于此,对于不同类型的毛胚,加工之前操作人员需要对其质量进行必要地检查,对于其中存在问题的毛胚进行及时地更换,避免加工过程中出现零件变形现象。同时,零件加工之前操作人员需要对加工设备的结构特性有着必要地要求,根据加工设备的具体要求选择质量可靠的毛胚,确保经过专业设备加工后的零件整体的质量安全性能够达到行业参考标准的具体要求,延长零件的使用寿命。

2.2 限型热处理

机械零件加工中受到各种客观存在因素的影响,对于零件的安全性能带来了较大的威胁。因此,技术人员需要采取可靠的限型热处理方式,提高加工零件的刚度,限制其变形现象的产生,避免零件加工过程中出现变形过大的现象。在具体的处理过程中,操作人员需要根据零件的功能特性,选择可靠的限型热处理措施,增强零件的安全可靠性。

2.3 修整加工

经过热处理加工完毕后的零件,需要采取可靠地措施防止零件出现热处理现象,最大限度了保证零件的安全性能不受影响,为机械零件加工质量的提高提供可靠地保障。与此同时,需要对经过加工处理后的零件进行必要的修整加工,确保零件的变形再加工质量能够达到行业规范条例的具体要求,延长机械加工零件的使用寿命。

3 注意核心要点探索

为了保证机械加工零件质量,需要对加工过程中的相关要点有着必要地了解,避免加工过程中出现零件变形现象,影响生产成本的同时也对零件的正常使用带来了较大的威胁。机械加工零件过程中需要注意的核心要点主要体现在以下方面:(1)完善设计方案。在对不同零件具体设计的过程中,需要充分考虑零件加工过程中的机构动作与机械零件的强度,确保零件在加工的过程中不会出现变形形象,为零件安全可靠性的增强提供可靠地保障。同时,机械零件加工过程中需要加强对整个作业流程的监控,合理地布置机械零件,确保零件受力的均匀性,减少加工过程中零件的差异性。实现这样的生产目标,需要技术人员完善机械零件设计方案,避免加工过程中零件产生变形问题;(2)做好细节问题的处理工作。机械零件加工过程中可能会存在着各种各样的细节问题,容易对加工零件的精度造成较大的影响。因此,在实际的加工过程中,技术人员需要做好细节问题的处理工作,采取可靠的措施消除零件内应力的影响;(3)分工完成各项工作。采取精加工与粗加工的操作方式完成零件的加工计划,及时地消除其中可能存在的内部应力。同时,机械零件加工过程中需要保证工艺的基准性,减少后期的维修成本。加强加工过程中的误差控制,利用合理的分工计划避免零件加工变形问题的产生。

4 结论

机械加工零件变形问题的产生,对于零件后期的正常使用埋下了较大的安全隐患,客观地加大了加工过程中的加工成本,也为零件使用寿命的延长带来了明显的影响。为了改变这种不利的发展现状,需要对机械加工零件变形现象出现的原因进行必要地探讨,采取合理科学的应对措施及时地消除这种变形现象带来的不利影响,为机械加工企业生产效益的持续增加和产业规模的不断扩大提供可靠地保障,加快现代化工业社会的发展速度。

参考文献

[1]刘新强,王恩双.机械零件加工中的变形与对策[J].装备制造技术,2012(08).

[2]丁向琴,周学冬.关于机械零件加工变形原因和改进处理措施分析[J].科技风,2014(16).

[3]李海燕,许明.机械零件加工中的变形与应对措施[J].汽车齿轮,2013(02).

[4]费雯.精密平板的热变形理论与应用研究[D].安徽大学,2010(05).

深基坑变形监测及结果分析 第11篇

关键词:深基坑;变形监测;数据分析

中图分类号:TU473文献标识码:A文章编号:1000-8136(2009)17-0041-03

1 工程概况

来福士广场项目由办公楼2座、酒店式服务公寓2座、五星级酒店1座连4层裙楼零售商业组成,建筑面积约28万m2,写字塔楼、酒店式公寓及酒店塔楼高约125 m,为全现浇钢筋混凝土框架结构及局部框架结构建筑物。

基坑设计深20 m。基坑周边环境复杂:北侧是成都数码大厦,楼高27层,与基坑仅相隔5.0 m,旁边的居民楼离基坑更近,这也是本次监测的重点部位;东侧是一排建于20世纪80年代的砖混结构住宅楼,相隔一条马路;南侧是考古研究院和职工家属住宅楼;西侧是人民南路,并没有建筑物。基坑工程主要特点是:周边环境复杂、地下水位高、支护面积大、周期长。详见图1。

2 变形监测方案

2.1 监测设备

全站仪LeicaTCR402、精密数字水准仪DNA03(经国家授权单位鉴定合格),精密温度计、气压计、千分尺。

2.2 监测内容与方法

基坑周边已有建筑物水平位移监测,基坑周边已有建筑物裂缝观测,基坑周边已有建筑物沉降监测,基坑上口外地面沉降监测。

周边建筑物和基坑支护均采用免棱镜三维监测,由于基坑较深,而且周边建筑物复杂,所以采用贴膜片的方法进行监测,在保证精度的情况下,可以提高工作效率,同时也降低了测量人员工作的危险性。

2.3 周边已有建筑物的监测

根据本工程的结构和地段特点,以及总平面图上建筑物分布和工程地质条件,布设6个沉降基准点,周边已有建筑物沉降监测点和水平监测点以每个建筑物平均布设3个点为基本原则(面向基坑布设2点、背向基坑布设1点),主要建筑物(如数码大厦)适当增加点数,影响较弱、建筑物较小时适当减少点数,沉降监测点和水平位移监测点各60个,基坑支挡结构周边地面沉降监测点15个。同时布设5个水平基准点,均选取在变形区之外稳定、通视好的已有建筑物上,便于全局控制和稳定性分析。周边已有建筑物裂缝观测监测点以每条裂缝平均布设2对点为基本原则,主要建筑物适当增加点数,影响较弱、建筑物较小时适当减少点数。

2.4 基坑的监测

基坑支挡结构上口外侧三维位移变形监测点的布设分两圈,内圈较密、外圈较稀,各圈以大致均匀分布为总原则,点位应尽可能布设在易于长期保存的地段。在基坑上口外0.5 m处布设内圈三维位移(水平位移、精密三角高程垂直位移)监测点,相邻监测点间距约15 m~25 m,基坑边坡周长约740 m,共需布设33个点。在基坑H/3~H/2处再布设外圈三维位移监测点,相邻监测点的间距宜在30 m~50 m,共需布设21个点。所有监测点均布置在建筑物水平位移显著、易于长期保存,并保证能顺利观测的地点。

3 监测成果统计与分析

3.1 周边已有建筑物监测

在未进行施工时对周边已有建筑的监测点进行监测,得出监测点的坐标和高程,以此作为监测点初始值,以供后期比较。到基坑开挖结束,共进行了192期监测。总体变形量见表2,变形量最大的监测点的过程线见图2、图3。

结合表2、图2、图3可以看出周边已有建筑物的变形:

(1)在基坑施工的初期,周边已有建筑物没有明显的变形,进行开挖后,就出现了明显的变形,随着开挖的加深而变形加大。

(2)S14、C10位于基坑的北侧,也就数码大厦上面,由于荷载较重,在基坑开挖阶段就有较大的变形;S54、C56位于基坑的南侧,是6层的办公楼,相对北侧,变形量较小。

(3)水平位移(向基坑方向偏移)S14、S54在开挖过程中变形速率较快,开挖后会对护壁进行支护和钻锚索,在开挖完但未支护的过程中,变形量最大,达到28.1 mm,支护后会出现稍微的回弹。

(4)S14、C10在基坑北侧的拐角处(阳角),由于受力的关系,此处是整个基坑最脆弱的地方,变形量为最大。

(5)整体的建筑物的监测,未出现不均匀沉降或变形,整体性良好。

3.2 基坑支护监测

基坑监测均采用Leica TCR402三维位移监测方法进行,共进行了38期监测。典型监测点的统计结果见表3,部分监测点的过程线见图4、图5。

结合表3、图4可以看出基坑支护的变形:

(1)基坑的开挖对基坑上口的影响变形很大,与周边相比,最大变形为34.8 mm,最大沉降15.8 mm。同样位于基坑的北侧,由于周边荷载较重,所以变形就比较大。

(2)从表2可以看出基坑的变形与周边的荷载有一定的关系,北侧荷载重,变形最大;南侧相隔较远,变形次之,西边周边没有其他建筑,但W-A05在施工方办公室边上,与基坑相隔半米,所以变形也比较大。

(3)在监测的过程中,应随时了解施工情况,基坑支护的变形与施工密切相关。开挖地段的初期变形速率最大,单日变形量也较大。

(4)基坑周边采用人工护壁桩(深27 m)支护,沉降相对不大,向基坑方向变形较大。

3.3 周边建筑物震前震后监测比较

5.12汶川地震发生时,基坑正在进行人工护壁桩的施工,基坑并未进行大范围的开挖。在5月16号,我们对基坑周边建筑物进行了监测,典型监测点统计结果见表4。

地震发生后,国家测绘局对灾区进行了地壳变形监测,龙门山断裂带西侧块体向东偏南运动,位移达20 cm~70 cm;东侧块体向西偏北运动,位移达20 cm~238 cm,东侧块体下沉达30 cm~70 cm。从表3中的数据可以看出,地震对该基坑周边建筑物的影响不大。该项目处在成都市区中心地带,地震对整个成都地区的地壳造成较大变形,但对局部地段并未造成大的相对变形。

3.4 裂缝监测

在开始施工的初期先进行裂缝调查,并记录已有的裂缝,后期进行监测。基坑开挖收导致基坑周边产生约50条新的裂缝,裂缝的走向与基坑开挖方向一致。标记并观测了新的裂缝,监测结果显示:北侧原有裂缝最大变化5.8 mm,新出现裂缝最大张开8.8 mm;东侧已有裂缝最大张开1.8 mm,新裂缝最大张开3.0 mm;南侧已有裂缝最大张开2.1 mm。在支护锚索固定处理后趋于稳定,裂缝变化甚小。

4 结束语

(1)成都地区地下水位较高,降水量较多,支护墙外水位升高,在重力作用下,产生横向渗漏,对基坑稳定造成一定影响,导致周围建筑群因此而产生不同的形变。对此,必须要严密监测,提出对策,以防后患。

(2)地震期间,基坑正在进行人工护壁桩的施工,基坑并未进行大范围的开挖,通过地震时前后几期的监测结果分析,相对和累计变形量都在规范规定的范围内,可以看出地震并未对基坑及其周边已有建筑物造成大的影响。

(3)严格按照方案的设计进行监测,对敏感监测点进行重点监测,随时观测其变化。当监测变形值接近或达到极限(报警值)时,要充分考虑施工的实际情况,进行综合分析,及时准确地把握基坑位移的三维发展趋势,提出切实可行的对策,以超前意识全面地指导施工,使重大建筑工程保质、保量、安全地顺利实施。

Deep Hole Excavated for Building Foundation Distortion

Monitor and Result Analysis in Chengdu City

Guo Jiang

Abstract:Through reasonable, develops the hole excavated for building foundation side slope and the neighbor building distortion monitor effectively, satisfies the informationization construction request, thus achieves the safe predict that the feedback design, the instruction construction goal. This article unifies the square project, introduced briefly the deep hole excavated for building foundation and the neighbor building distortion monitor's project, the arrangement and the observation method, have carried on the processing analysis afterward to the distortion monitoring result.

机械零件变形理论及其应用研究 第12篇

机械零件在加工过程中, 会因为受到两方面力的作用而产生变形。一方面是内力的作用, 另一方面是应力的作用。经过这两方面力的作用而产生的变形, 是机械零件变形的主要形式。

1.1 机械零件的内力作用

内力作用主要指在机械零件受到外部力压的作用下, 零件的各个部分受到压力所产生的相互作用力, 从而引起零件的每个部分的相对位置发生改变。通常情况下, 这种内力是有限分布的[1]。

1.2 机械零件的应力作用

应力作用主要来自机械零件内部构建的不均匀分布。受到应力的作用, 机械零件加工会产生不同程度的变形, 其中几何变形是最为常规的变形现象。

1.3 机械零件变形的性能影响

在机械零件的加工中, 零件在经过各种冷处理、热处理的加工后, 在铸造、锻造、焊接等过程中产生的性能改变, 是机械零件变形中的工艺性能。在工艺性能的改变过程中, 有一个弹性阶段。当零件的应力与应变的曲面形成直线时, 我们称之为弹性变形。这一理论就是说在机械加工中, 零件会受到切削力的作用, 造成零件的应力与应变曲线变为直线, 这时, 切削的作用力减少甚至失效, 零件自身对切削的压力进行退让, 出现让刀现象, 这是弹性变形产生的主要作用影响[2,3,4]。

1.4 机械零件的强度变化

机械加工中, 零件受自身强度的影响, 当应力达到一定能程度时, 零件会产生一个屈服点。机械零件的强度发生变化, 零件变形。在铸铁等金属零件的加工时, 受力学性能的影响, 会产生拉伸或者压缩变形。这主要是受零件自身强度的影响。

1.5 热处理的影响

零件加工在经过高温的锻造, 迅速改变了零件内应力的状态, 在热处理过程中, 一些强度较低的零件会因为高温的压制, 形成零件的弯曲变形。这种变的状态呈现出一种草帽的形式, 被称作为草帽弯曲。

2 机械零件加工变形的应对

2.1 平面压力变形的应对

在机械零件的加工中, 通过镗刀杆、车削工件、轮轴加工等, 在平衡力的影响作用下, 零件轴杆的轴线出现弯曲变形。这种变形多出现在对薄壁零件的加工中, 受到机械固定压力的影响, 加上零件的自身强度低, 在对其表面打磨过程中, 受到切削的压力, 造成平面对称面的平面变成曲线。要改变这一因素, 就需要增加零件与固定压力的摩擦力, 比如在零件与固定盘之间加入棉布层等等。

2.2 悬臂梁变形的应对

机械零件的悬臂梁内力具有均匀分布的作用, 在一定的载荷压力下, 悬臂梁压力增加, 另一端压力减少, 造成零件的变形。当这种变形产生时, 就需要增加悬臂梁的支撑, 使悬臂梁的强度增加, 以减少变形的产生。另外, 也可以改变悬臂梁的加工方式, 使用简支梁模式。简支梁模式中, 受均匀分布的载荷作用, 有一定约束力和承受力, 零件的变形机率减小。热处理变形的应对机械零件由于零件的厚度较薄时, 平面直径比例大, 在经过高温热处理之后, 非常容易变形。主要的表现就是平面面积变大, 出现弯曲现象。另外对直径比例较小的零件, 也会因为内应力的作用失衡, 而发生变形。这一类变形的应对, 需要使热加工后的冷却转变为自然冷却的过程。在这一过程中, 保持零件的温度实现一个缓慢的冷却变化。减少零件的失衡状态被快速打破的状态, 以此来减少热处理加工后的零件变形。

2.3 弹性压力变形的应对

机械零件的强度不足时, 就会在受到切削压力时, 产生弹性变形的状态。弹性变形不仅形式难以捉摸, 而且非常大程度的影响产品质量。因此, 在应对这一变形时。就需要在机械零件加工时, 增加零件的强度。或者在加工时, 选取零件强度最大的部分来进行夹紧的设置。减少零件的弹性变形。

2.4 受力不均变形的应对

在零件的加工中, 因为常规加工工具是利用夹具夹紧零件的一端来进行, 在加工中, 受到各方面力的影响, 夹紧的一段受到压力非常大, 未被夹紧的一段受压力较小。这一种不平衡的状态, 就会导致零件的变形。由此, 在应对这一类型的变形时, 就应该增加夹具的夹紧角度, 至少在零件的两端进行夹紧。使零件在加工中处于一种平衡状态, 以防止零件的变形。

3 结束语

机械加工中会因为各种各样的原因, 出现零件的不同程度的变形。机械零件的变形已经越来越受到社会各方面的肯定。在控制住这些因素的变形状态时, 就可以使车间的生产工作有序的展开, 提高生产的经济效益, 降低产品的报废率。稳定生产的正常和安全进行。

参考文献

[1]金辉, 郭洪柱.有关机械工件加工变形的分析[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2011, (21) :30-32.

[2]陈志, 李贺, 张臻, 等.往复走丝线切割导轮处电极丝的挠曲变形分析[J].机械设计与制造, 2014, (9) :99-101+105.

[3]林勇, 罗育果, 汤立民.航空薄壁弧形框加工变形控制方法研究[J].机械设计与造, 2012, (2) :107-109.