开发研究
董夏耘郭珊费韦婷沈星星耿国盛
(南京农业大学工学院，江苏南京210031)
摘要：细长轴由于刚性差，零件易受在切削区域中产生的切削力、切削热的影响而发生弯曲变形。基于细长轴的加工方式，结合加工过程中切削速度、进给量以及背吃刀量切削用量三要素，建立加工过程中挠曲变形的数学模型，采用MATLAB进行数值仿真,ABA-UQS进行软件仿真，研究切削力对细长轴刚度加工变形的影响并优化振动切削参数，同时双向验证了力学模型和仿真模型的正确性。
关键词：细长轴；参数优化；有限元法
细长轴是长径比大于20的轴类零件，且比值越大，零件刚性越差(尤其是轴的中间区域)。细长轴在加工时，受切削力、切削热的影响，容易产生切削变形以及引起振刀现象，从而严重影响细长轴的加工精度和表面粗糙度。本文在对细长轴传统车削方法进行力学建模和受力分析的基础上，建立细长轴车削力学模型，讨论不同工艺参数细长轴加工过程中挠度变化情况，并利用有限元仿真软件对数值仿真结果进行擁。
1细长轴切削力学模型建立
细长轴工件在车削过程中常常采用传统的卡盘-顶尖装夹方式装夹，如图
1中上图为其车削
过程示意图。简化
可得如图1中下图
细长轴力学模型。
为求解细长轴
的挠度变化，将其
分为2段，分别为从
三爪卡盘到刀具的
图1细长轴模型
待切削段AC和从刀具到弹性顶尖的已切削段BC，对AC 和BC端分别受力分析，并结合挠曲线的近似微
分方程y"(x)=d2y/dx2=M(x)/EI积分，解得挠曲线方程。当刀尖位于细长轴中间位置时，细长轴的挠度最大，将a=；7带入挠曲线方程得挠度最大值公式：必(朗=y2(x)=爭?。
2软件仿真
2.1切削速度对细长轴车削挠曲变形的影响
胡延平取进给量为f=0.1mm/r，背吃刀量为a D=0.10mm，取切削速度v分别为30m/min、35m/min、40m/min、45m/ min、50m/min，分别进行MATLAB数值仿真和ABAQUS 基金项目:；到南京好大学大学生创新创业项目(1830B25)资助。软件仿真，得出细长轴加工过程中挠度最大值，最后对比两者数据，如表lo
表1切削速度对细长轴车削挠曲变形的影响
3540455055计算值 3.8458 3.7695 3.7037 3.6456 3.5938
仿真值 3.934 3.758 3.604 3.476 3.365
相对误差0.08820.01150.09970.16660.2288
2.2进给最对细长轴车削挠曲变形的影响
取切削速度v=45m/min，背吃刀量为a p=0.10mm，取进给量f分别为0.06mm/r、0.08mm/r、0.10mm/r、0.12mm/r、0.14mm/r，分别进行MATLAB数值仿真和ABAQUS软件仿真，得出细长轴加工过程中挠度最大值，最后对比两者数据，如表2。
表2进给量对细长轴车削挠曲变形的影响
0.060.080.100.120.14
计算值 3.6066 4.4750 5.2903 6.0655 6.8089
仿真值 3.534 4.385 5.185 5.944 6.073
相对误差0.090.07260.10530.12150.7359
2.3背吃刀量对细长轴车削挠曲变形的影响
取切削速度v=45m/min，进给量f=0.10mm/r，取背吃刀量a»分别为0.06mm、0.08mm、0.10mm、0.12mm、0.14mm，分别进行MATLAB数值仿真和ABAQUS软件仿真，得出细长轴加工过程中挠度最大值，最后对比两者数据，得出相关有效结论。
3结论
通过挠度最大值方程和径向切削力经验公式连列进行数值仿真，得到了切削速度、进给量和背吃刀量3个切削用量对细长轴车削过程中挠曲变形的影响。同时，利用仿真软件ABAQUS对切削过程进行仿真，验证了数学模型的正确性，表明各个点的最大挠度仿真值和计算值的相对误差在允许范围内，验证了数学模型的正确性。综上我们得出，在一定的切削参数范围内，车削钛合金TC4时，较小切削深度、较小进给量、较大切削速度可以有效降低挠度变形，提高加工质量。
参考文献：
[1]张成玉，范艳.细长轴车削加工技术现状[J].机械制造与自
动化,2016,45(1):35-38.
[2]伍俏平，刘广平，邓朝晖，等.细长轴切削加工研究进展及其
展望[J].机械研究与应甩2016,29(3):206-209.
(收稿日期=2019-06-18)
《湖北农机化》2019年第仃期』
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