hypermesh镗刀座有限元分析与优化
摘 要 镗刀有三个基本元件：可转位刀片、刀杆和镗座。镗座用于夹持刀杆，夹持长度通常约为刀杆直径的4倍。装有刀片的刀杆从镗座中伸出的长度称为悬伸量（镗刀的无支承部分）。悬伸量决定了镗孔的最大深度，是镗刀最重要的尺寸。悬伸量过大会造成刀杆严重挠曲，引起振颤，从而破坏工件的表面质量，还可能使刀片过早失效。这些都会降低加工效率。本课题研究的主要内容是是对镗刀座进行的有限元分析与优化，首先根据新墅镗刀座在工作时的缺点，进行优化 。其次通过solidworks来对镗刀座进行三维建模以及对刀座和刀柄的装配。在掌握并且熟悉有限元分软件的情况下将模型导入到Hypermesh中进行有限元分析：模型网格化；附加材料属性；添加边界条件和载荷；输出，得到镗刀座和刀柄在工作时的位移和受力情况。完成前置处理后将其导入到abaqus中进行有限元分析以得到整个模型在特定的条件下所产生的变形情况。最终，经优化的镗刀座能够满足课题的要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究有限元的意义 1
1.2有限元的分析步骤 1
1.3课题背景及意义 2
1.4国内外镗床的发展现状： 3
1.5本毕业设计课题应达到的目的： 3
1.6毕业设计的内容和要求： 4
第二章 镗刀座的建模 5
2.1镗刀座的简介： 5
2.2 Solidworks软件的介绍： 5
2.3建模过程： 6
2.4提出有关新墅镗刀座的缺点以及优化： 8
2.5根据优化的内容建立新的镗刀座模型: 8
2.6刀柄模型的建立 9
2.7 刀柄与刀座的装配： 10
第三章 镗刀座有限元前处理 11
3.1软件介绍 11
3.1.1HyperMesh软件鲜明的的特点： 11
3.2Hypermesh对模型的处理过程 12
3.2.1 模型导入 网格划分 12
3.2.2约束和载荷的添加: 13
第四章 镗刀座有限元后处理 16
4.1软件介绍 16
4.2有限元求解 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.3强度校核： 17
4.4 结果分析： 18
4.5展望： 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
绪论
1.1研究有限元的意义
市场的竞争变得越来越激烈，所以产品的更新也需要跟得上脚步。企业需要通过不停的创新技术，提升产品的质量，才能有很好的发展出路，而有限元数值模拟技术能够明显的提升产品质量、减短产品的设计周期、提高产品竞争力，所以，伴随着计算机技术和计算方法技术的成熟，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，它已经是解决复杂工程计算问题的重要方法，有限元分析在非线性力学的分析功能以达到世界领先水平，在世界许多国家的机械，化工，水利，材料电气工业设计等领域中得到广泛的应用，所以我选择的课题是基于ansys镗刀座有限元分析与优化，以便于我对这一方法拥有更深的了解。
任何有限元的模拟的第一步都是用一个有限元的集合来离散结构的实际几何形状，其中的任何一个单元表示的是实际物体的一个离散部分。每一个单元之间都是密不可分的，他们通过共同节点来连接在一起，我们将这些节点和单元统称为网格。在一个独立的网格中，我们将划分好的单元数目称之为网格密度。在应力变化时，只要是节点的位移大小被我们所获取，我们就可以轻易地得出有关这些网格的应力和应变。
有限圆最本质的思想是把一个很大的，无论物体的形状和受力是多么复杂的机械零件划分为有限的被称为单元的小弹性体，在每个小弹性体里面，假定弹性体的变形和应力都容易通过计算机求解得到，进而可以获得多个机械零件的变形和应力大小。
1.2有限元的分析步骤
有限元分析法的基本思路：首先简化机械结构的力学模型，方法是化整为零，这些小的结构再通过节点处的连接组成一个与原机械结构几何形状相同的弹性体。编排单元号码和节点号码。将非节点载荷移植到节点上。其次求出节点位移表示表示的单元节点力。一个节点处的未知力多于平衡方程的数目；而位移恰好等于平衡方程的数目。再者，建立节点平衡式。建立全部节点的平衡方程，得求解节点位移的线性方程，可以得到线性方程组。最后，求解单元的内力。
1.3课题背景及意义
由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。
新型镗刀可缩短工艺过程中的调刀时间，帮助用户高速、小批量地生产产品，从而保证工厂和车间及时完成生产加工任务。此外，这种镗刀自身可进行自动调节、修正磨损、补偿误差或自动成形。以KomTronic镗刀为例，这一系列的侍服传动镗刀由美国Komet公司生产提供。镗削加工头内的滑板由侍服电机传动，它控制着脉冲，使镗杆向较大的直径方向移动，或支持其向较小的直径方向移动。这一机构提高了镗床的加工精度，不需采用手工调节的方法调节螺丝。
1.4国内外镗床的发展现状：
我国机床行业是在新中国之后新兴的，五十多年以来，机床行业得到了高速发展，镗床作为常用的机床，国家已经投入了大量的人力与财力进行研发，但是我国镗床的性能，技术，质量都与西方国家有着较大的差距。这可以从以下几点看出。其一，我国的镗床大都效仿的是西方国家的，其二那些没有借鉴的产品大都是从国外购买的。这些都缺乏最关键的核心技术。其三产品的质量又较大的提升空间，这使得成国产镗床的市场占有率较低，再加上西方的技术垄断，我国镗床的发展脚步几乎属于停滞状态。但是十一五期间，我国的机床发展十分迅速，在高速，高精度，自动化程度，使用寿命等方面取得重大突破。如国产大型IA5B五轴联动数控卧式镗床，主轴转速10012000r/min，快速移动速度24m/min，定位精度±8um，重复定位精度±4um。我国机床行业向着高精尖领域迈出了更近的一步。
国外镗床有突飞猛进的发展。其主要表现在机床的结构，精度，寿命，以及自动化水平，生产效率等方面都有很大的提高。模块化设计和计算机辅助设计使其主要的行之有效的手段。在确保产品设计质量和技术水品的前提下，产品品种大量涌现，变型产品也越来越多，除了可以满足视窗的需求还可以获得较大的经济效益。国外很多机床都是有过去生产普通机床转而生产当代的数控镗床的。很多机床厂家一不生产一般的普通机床，已经将其扩散到发展中国家去生产，而把主要的精力集中到更高级的数控镗床，并进行大量的科学研究因而取得了较大技术和经济利益。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究有限元的意义 1
1.2有限元的分析步骤 1
1.3课题背景及意义 2
1.4国内外镗床的发展现状： 3
1.5本毕业设计课题应达到的目的： 3
1.6毕业设计的内容和要求： 4
第二章 镗刀座的建模 5
2.1镗刀座的简介： 5
2.2 Solidworks软件的介绍： 5
2.3建模过程： 6
2.4提出有关新墅镗刀座的缺点以及优化： 8
2.5根据优化的内容建立新的镗刀座模型: 8
2.6刀柄模型的建立 9
2.7 刀柄与刀座的装配： 10
第三章 镗刀座有限元前处理 11
3.1软件介绍 11
3.1.1HyperMesh软件鲜明的的特点： 11
3.2Hypermesh对模型的处理过程 12
3.2.1 模型导入 网格划分 12
3.2.2约束和载荷的添加: 13
第四章 镗刀座有限元后处理 16
4.1软件介绍 16
4.2有限元求解 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.3强度校核： 17
4.4 结果分析： 18
4.5展望： 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
绪论
1.1研究有限元的意义
市场的竞争变得越来越激烈，所以产品的更新也需要跟得上脚步。企业需要通过不停的创新技术，提升产品的质量，才能有很好的发展出路，而有限元数值模拟技术能够明显的提升产品质量、减短产品的设计周期、提高产品竞争力，所以，伴随着计算机技术和计算方法技术的成熟，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，它已经是解决复杂工程计算问题的重要方法，有限元分析在非线性力学的分析功能以达到世界领先水平，在世界许多国家的机械，化工，水利，材料电气工业设计等领域中得到广泛的应用，所以我选择的课题是基于ansys镗刀座有限元分析与优化，以便于我对这一方法拥有更深的了解。
任何有限元的模拟的第一步都是用一个有限元的集合来离散结构的实际几何形状，其中的任何一个单元表示的是实际物体的一个离散部分。每一个单元之间都是密不可分的，他们通过共同节点来连接在一起，我们将这些节点和单元统称为网格。在一个独立的网格中，我们将划分好的单元数目称之为网格密度。在应力变化时，只要是节点的位移大小被我们所获取，我们就可以轻易地得出有关这些网格的应力和应变。
有限圆最本质的思想是把一个很大的，无论物体的形状和受力是多么复杂的机械零件划分为有限的被称为单元的小弹性体，在每个小弹性体里面，假定弹性体的变形和应力都容易通过计算机求解得到，进而可以获得多个机械零件的变形和应力大小。
1.2有限元的分析步骤
有限元分析法的基本思路：首先简化机械结构的力学模型，方法是化整为零，这些小的结构再通过节点处的连接组成一个与原机械结构几何形状相同的弹性体。编排单元号码和节点号码。将非节点载荷移植到节点上。其次求出节点位移表示表示的单元节点力。一个节点处的未知力多于平衡方程的数目；而位移恰好等于平衡方程的数目。再者，建立节点平衡式。建立全部节点的平衡方程，得求解节点位移的线性方程，可以得到线性方程组。最后，求解单元的内力。
1.3课题背景及意义
由于制造武器的需要，在15世纪就已经出现了水力驱动的炮筒镗床。1769年J.瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人J.威尔金森发明炮筒镗床，次年用于为瓦特蒸汽机加工汽缸体。1776年他又制造了一台较为精确的汽缸镗床。1880年前后，在德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为适应特大、特重工件的加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。20世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。为了提高镗床的定位精度，已广泛采用光学读数头或数字显示装置。有些镗床还采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。
新型镗刀可缩短工艺过程中的调刀时间，帮助用户高速、小批量地生产产品，从而保证工厂和车间及时完成生产加工任务。此外，这种镗刀自身可进行自动调节、修正磨损、补偿误差或自动成形。以KomTronic镗刀为例，这一系列的侍服传动镗刀由美国Komet公司生产提供。镗削加工头内的滑板由侍服电机传动，它控制着脉冲，使镗杆向较大的直径方向移动，或支持其向较小的直径方向移动。这一机构提高了镗床的加工精度，不需采用手工调节的方法调节螺丝。
1.4国内外镗床的发展现状：
我国机床行业是在新中国之后新兴的，五十多年以来，机床行业得到了高速发展，镗床作为常用的机床，国家已经投入了大量的人力与财力进行研发，但是我国镗床的性能，技术，质量都与西方国家有着较大的差距。这可以从以下几点看出。其一，我国的镗床大都效仿的是西方国家的，其二那些没有借鉴的产品大都是从国外购买的。这些都缺乏最关键的核心技术。其三产品的质量又较大的提升空间，这使得成国产镗床的市场占有率较低，再加上西方的技术垄断，我国镗床的发展脚步几乎属于停滞状态。但是十一五期间，我国的机床发展十分迅速，在高速，高精度，自动化程度，使用寿命等方面取得重大突破。如国产大型IA5B五轴联动数控卧式镗床，主轴转速10012000r/min，快速移动速度24m/min，定位精度±8um，重复定位精度±4um。我国机床行业向着高精尖领域迈出了更近的一步。
国外镗床有突飞猛进的发展。其主要表现在机床的结构，精度，寿命，以及自动化水平，生产效率等方面都有很大的提高。模块化设计和计算机辅助设计使其主要的行之有效的手段。在确保产品设计质量和技术水品的前提下，产品品种大量涌现，变型产品也越来越多，除了可以满足视窗的需求还可以获得较大的经济效益。国外很多机床都是有过去生产普通机床转而生产当代的数控镗床的。很多机床厂家一不生产一般的普通机床，已经将其扩散到发展中国家去生产，而把主要的精力集中到更高级的数控镗床，并进行大量的科学研究因而取得了较大技术和经济利益。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/2702.html
