２００９ 年 第 ３０ 卷 第 １ 期 中 北 大 学 学 报（自然科学版）
Ｖｏｌ
．３０
Ｎｏ
．１ ２００９
（总第 １２３ 期）
JO U R N A L O F N O R T H U N IV E R SIT Y O F C H IN A
（
N A T U R A L SC IE N C E E D IT IO N
）
（
Ｓｕｍ Ｎｏ
．１２３）
文章编号： １６７３-３１９３（２００９）０１-００２１-０６
静 态 铣 削 力 作 用 下 的 薄 板 大 变 形 有 限 元 分 析
汤爱君， 刘战强
（山东大学 机械工程学院， 山东 济南 ２５００６１）
摘 要： 随着对航空产品性能要求的进一步提高， 现代航空工业中广泛使用整体薄壁结构零件．针对薄壁
类零件刚性差， 在加工过程中很容易发生大变形的情况， 对薄壁件的大变形问题进行了研究分析．在冯卡曼
方程的基础上， 建立了在静态铣削力作用下， 薄板大挠度的微分平衡方程和悬壁板的边界条件， 并通过有限
元软件
ＡＮＳＹＳ
１０．０ 对薄板的大变形进行了分析计算．在计算过程中， 分别考虑了切削力、切削位置（
x
和
y
方向）以及板厚对于薄板大变形的影响， 结果表明： 必须选择合适的切削参数， 以保证零件的加工精度和加
工质量， 从而提高零件的加工效率．
关键词： 薄板； 大变形； 铣削； 有限元分析
中图分类号：
Ｔ Ｇ
５４ 文献标识码：
Ａ
F inite E lem ent A nalysis on L arge D eform ation of
T hin
-
W alled P late D ue to Static E nd M illing Force
Ｔ Ａ Ｎ Ｇ Ａ ｉ
-
ｊｕｎ
，
Ｌ ＩＵ Ｚｈａｎ
-
ｑｉａｎｇ
（
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
，
Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
，
Ｊｉｎａｎ
２５００６１，
Ｃｈｉｎａ
）
A bstract
：
Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｈｉｇ ｈｅｒ ｄｅｍ ａｎｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
，
ｍ ａｎｙ ｃｏｍ ｐｏｎｅｎｔｓ ｕｓ
ｅ
ｄ
ｉｎ ｔｈｅ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ｉｎｄｕｓｔ ｒｙ ａｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｔｈｉｎ
-
ｗ ａｌｌｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
．
Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｐｏｏｒ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ
，
ｔｈｅ ｔｈｉｎ
-
ｗ ａｌｌｅｄ ｐａｒｔ ｈａｓ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ
．
Ｔ ｈｅ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍ ａｔ ｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ
-
ｗ ａｌｌｅｄ ｐｌａｔｅ
ｉ
ｓ
ａｎａｌｙｚｅｄ
，
ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔ ｉｃａｌ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｏｒｍ ａｔ ｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｖ ｏｎ
Ｋ áｒｍ áｎ ａｎｄ ｔ ｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔ ｈｅ ｃａｎｔ ｉｌｅｖｅｒ ｐｌａｔｅ
．
Ｍ ｏｒｅｏｖｅｒ
，
ｔｈｅ ｐｌａｔｅ ｄｅｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｉｎ ｅｎｄ
ｍ ｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔ ｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＦＥＭ ｓｏｆｔｗ ａｒｅ Ａ Ｎ ＳＹ Ｓ
１０．０．
Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ
，
ｔｈ
ｅ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃｕｔｔ ｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ
，
ｌｏｃａｔ ｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｔ ｔｅｒ
（
ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ
x
ａｎｄ
y
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
），
ａｎｄ ｔ ｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈ
ｅ
ｐｌａｔｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔ ｈｅ ｔｈｉｎ
-
ｗ ａｌｌｅｄ ｐｌａｔｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ
．
Ｔ ｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔ ｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａ
ｔ
ｅ
ｃｕｔ ｔｉｎｇ ｐａｒａｍ ｅｔ ｅｒｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｓａｔ ｉｓｆｙ ｔ ｈｅ ｍ ａｃｈｉｎｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎ ｔ ｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ
ｏ
ｆ
ｍ ｉｌｌｉｎｇ ｔｈｉｎ
-
ｗ ａｌｌｅｄ ｐｌａｔ ｅ
．
K ey w ords
：
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-
ｗ ａｌｌｅｄ ｐｌａｔｅ
；
ｌａｒｇ ｅ ｄｅｆｏｒｍ ａｔ ｉｏｎ
；
ｍｉｌｌｉｎｇ
；
ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍ ｅｎｔ ａｎａｌｙ ｓｉｓ
随着现代飞机高速、 高机动性能要求的不断提高， 铝合金大型整体结构件在航空航天等部门获得了
广泛的应用．由于这类零件具有面积大和刚性差等特点， 目前大都采用数控铣削的方法进行加工．数控
加工薄壁零件时， 工件因刚度不足引起的加工变形成为影响尺寸精度的主要矛盾
［１ ］
．
薄壁零件， 尤其是悬壁薄板零件在数控加工过程中， 在切削力的作用下， 加工后的表面不再是一个
平面， 悬壁端距离固定端在垂直于加工表面的方向上有一定的位移
w
， 导致加工后的零件变形； 并且
，
如果切削参数选择不当， 会导致零件的变形超过一定的范围， 当零件的变形
w
ｍ ａｘ
≥０．２
h
（
h
为板厚）时
，
磁
收 稿 日 期 ： ２００８-０６-１０
基 金项 目 ： 教 育 部 新世 纪 优 秀 人 才支 持计 划 （
Ｎ Ｃ Ｅ Ｔ
-０４-０６２９）； 霍 英 东教 育 基 金会 高 等 院 校 青 年 教 师 基 金 资助 项 目 （９１０５４）
作
者
简
介
：
汤
爱
君
（
１
９
７
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-
）
，
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，
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师
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零
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加
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研
究
．
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