【正文】 所以總工時(shí) m i ????????? ffjj ttttt 磨定位面 工件材料： HT200 34 機(jī)床： M7475B 立軸圓臺(tái)平面磨床 查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》得 其主軸轉(zhuǎn)速為 1000r/min，磨削速度 v=。 1） 粗銑時(shí)：被切削層長(zhǎng)度 l =650mm， 刀具切入長(zhǎng)度 ? ? mmaDDle 22221 ???????????? ???，刀具切出長(zhǎng)度 2l 取 2mm，進(jìn)給量 znav ff ?? = ? 1 ? 214=，取mf = fv = 走刀次數(shù)為 1，所以機(jī)動(dòng)時(shí)間 mj flllt 211 ??? m 7 8 2276 5 0 ???? ，查表得銑削的輔助時(shí)間 1ft =。為了進(jìn)一步消除粗加工后的內(nèi)應(yīng)力，故將粗、精加工分開(kāi)，并在粗加工以后和精加工以前，把工件存放一段時(shí)間，使之產(chǎn)生自然失效的作用，以利于保證精加工的質(zhì)量。根據(jù)工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和車間加工設(shè)備情況，決定加工一般平面用粗銑 精銑，定位用 的統(tǒng)一基準(zhǔn)（ D面和 E面）用粗銑 半精銑 粗磨 精磨方案，以達(dá)到高的生產(chǎn)效率和高的定位精度。但這種定位方法在加工過(guò)程中無(wú)法觀察加工情況、測(cè)量孔徑和調(diào)整刀具，因而要求采用定尺寸刀具直接保證孔的尺寸精度；因切屑全部落在鏜模底板上，在裝卸工件時(shí)必須注意清除切屑，以避免影響定位精度；還必須提高作為定位面的頂面的加工精度，其中兩個(gè)定位銷孔或是額外加工或是把 原有的孔的加工精度提高。 定位基面的選擇和加工順序的安排 主軸箱箱體孔系加工的要 求高，需要經(jīng)過(guò)多次安裝，所以有可能也有必要采用面積分布較大的平面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，通常有兩種不同的考慮： （ 1）用底面 D及導(dǎo)向面 E作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。此外，任何軸孔的加工不但要保證軸孔本身的精度和同軸度，而且還要照顧它和其他軸孔或平面的位置精度。這里有兩種情況：一種情況是頂面的平行度只是為了保證頂面和主軸箱蓋的密封性，以防止在工作時(shí)潤(rùn)滑油漏出；另一種情況是在加工過(guò)程中以頂面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，這時(shí)對(duì)頂面的平行度的要求就更高一些。每孔內(nèi)表面相對(duì)側(cè)母線的平行度公差為 。軸心線間的平行度誤差會(huì)影響軸上的齒輪的嚙合質(zhì)量。主軸箱體上有與床身導(dǎo)軌面結(jié)合的平面、裝手柄的平面及其他平面，以及一些孔系和端面。 8到 15階表現(xiàn)出箱體底面、側(cè)面和側(cè)面都有劇烈 的振動(dòng)，可以通過(guò) 增加箱體側(cè)面等的厚度 來(lái)提高，或者 在箱體內(nèi)加內(nèi)筋， 以提高箱體的剛度。 (2) 通過(guò)各階振型圖可以發(fā)現(xiàn)，箱體的振型主要表現(xiàn)為 擺 動(dòng)和扭轉(zhuǎn)， 擺 動(dòng)大都發(fā)生在低階低頻振型下，而扭轉(zhuǎn)大都發(fā)生在高階高頻振型下，而箱體的扭轉(zhuǎn)則會(huì)引起箱體的變形，進(jìn)而引起主軸等箱體內(nèi)其它軸的變形，同時(shí)由箱體引起的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致加工表面的振動(dòng)，使表面粗糙度增大；而且箱體的變形還會(huì)使工件和刀具之間產(chǎn)生相對(duì)位移，影響正常的運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣就影響了零件的加工表面質(zhì)量和加工精度，另外箱體扭轉(zhuǎn)引起的變形還會(huì)降低刀具的使用壽命。具體步驟是： GUI MainMenuSolutionDefineLoadsApplystructuraldisplacementOn Areas,選擇箱體底面兩個(gè)螺栓的內(nèi)表面，選擇 DOF全約束，點(diǎn)擊 OK。 (2)Mode Extraction Method：選擇模態(tài)提取方法為 Block Lanczosmethod(默認(rèn) )蘭索斯法。 (3)單位的選擇 對(duì)于 ANSYS中的單位問(wèn)題，除了磁場(chǎng)分析外，可使用任意一種單位制，只要保證輸入的所有數(shù)據(jù)都是使用同一單位制里的單位就行。由于主軸箱結(jié)構(gòu)為空間不規(guī)則幾何體，故選用SOLIDl86單元。 4） 現(xiàn)在看到的模型 是 線框， PlotCtrls→ Style→ Solid Model Facets→下拉框中選擇 Normal Faceting→ OK, 鼠標(biāo)右鍵 選擇 Replot重生，即可看到實(shí)體了。具體方法是：再次進(jìn)入 ANSYS求解器，激活擴(kuò)展處理及相關(guān)選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開(kāi)始擴(kuò)展處理，退出 SOLUTION。如果將式 (9)展開(kāi)，則得λ的 n次代數(shù)方程，由此可解出 n個(gè)廣義特征值。 由于彈性體的自由振動(dòng)總可以分解為一系 列簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，為了求解結(jié)構(gòu)自由 8 振動(dòng)的固有頻率及相應(yīng)的振型，考慮如下簡(jiǎn)諧振動(dòng)的解，即假設(shè) jwtqe?? (3) 式中： q節(jié)點(diǎn)位移的振幅矩陣，它與時(shí)間無(wú)關(guān)； w 固有頻率； t時(shí)間。通過(guò)對(duì)單自由度系統(tǒng)的分析可知，它有一個(gè)固有頻率和固有振型。 6 主要研究?jī)?nèi)容 （ 1） 研究 C6150 車床的整體構(gòu)造，特別是對(duì)車床中的一個(gè)基礎(chǔ)件主軸箱的研究，主要是關(guān)于主軸箱與其相接觸的各零部件的結(jié)構(gòu)形式，如主軸箱內(nèi)的各主軸以及坐落在其上的掛輪箱，對(duì) C6150 主軸箱部分進(jìn)行受力分析 以及主軸箱與床身和主軸的相對(duì)位置的確定。但是，實(shí)際上它的動(dòng)力特性主要由少數(shù)一些低階模態(tài)決定，只要應(yīng)用這些模態(tài)就可以相當(dāng)精確地表達(dá)它的動(dòng)力特性。利用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果檢驗(yàn)、補(bǔ)充和修正原始有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿Ｐ?；利用修正后的有限元模型?jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性和響應(yīng)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)需求的飛速發(fā)展，對(duì)機(jī)床加工質(zhì)量、切削效率和自動(dòng)化程度的要求也越來(lái)越高，機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性就成為機(jī)床設(shè)計(jì)與制造中一項(xiàng)很重要的問(wèn)題。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo) 注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人 和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)分析箱體的計(jì)算結(jié)果可知該主軸箱的各階振型主要表現(xiàn)為擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，會(huì)影響車床工作的穩(wěn)定性和安全性 ，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì) ， 可使箱體的 振動(dòng)性得到改善。模態(tài)分析技術(shù)開(kāi)始于 20 世紀(jì) 30 年代，經(jīng)過(guò) 70 多年的發(fā)展，模態(tài)分析已經(jīng)成為振動(dòng)工程中一個(gè) 重要分支。目前幾乎所有的商業(yè)化有限元程序系統(tǒng)都建立了對(duì)用戶非常友好的人機(jī)交換界面，使用戶能以可視圖形方式直觀快速地進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)劃分，生成有限元分析所需資料，并按要求將大量的計(jì)算結(jié)果整理成變形圖、等值分布云圖，便于極值搜索和所需資料的列表輸出。 現(xiàn)實(shí)意義 通過(guò)模態(tài)分析，可以 得到箱體的振動(dòng)情況并分析出箱體的 薄弱環(huán)節(jié)，最后以此 找到解決振動(dòng)和噪聲問(wèn)題。 （ 5） 對(duì)優(yōu)化后的主軸箱進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)，主要包括零件圖的分析、選擇定位基準(zhǔn)、擬定工藝路線、計(jì)算切削用量和填寫(xiě)加工工藝卡等。模態(tài)分析反應(yīng)了結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，與施加的外載荷無(wú)關(guān)。顯然，如此求得的 w就是結(jié)構(gòu)的固有頻率，而留就給出了相應(yīng)的振型。在車床的 主軸箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究模態(tài)分析中必須指定彈性模量 EX和密度 DENS，而且非線性特性將被忽略。 C6150 主軸箱結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析 建立模型 （ 1） 運(yùn)用 solidworks 建立主軸箱體三維立體圖 主軸箱體的三視圖如下圖所示： 10 圖 3 主軸箱體三視圖 運(yùn)用 solidworks建立三維立體圖的步驟是： 1）畫(huà)出草圖，拉伸出主軸箱實(shí)體 2）以主軸箱實(shí)體上表面為基準(zhǔn)面畫(huà)草圖，拉伸切除得到主軸箱殼體 3）以殼體內(nèi)底面為基準(zhǔn)畫(huà)草圖，拉伸得到箱體內(nèi)支撐板 4）以箱體各側(cè)面為基準(zhǔn)面畫(huà)草圖，拉伸切除得到 各側(cè)面主軸孔 5）畫(huà)出底座兩個(gè)螺紋孔并對(duì)主軸箱體倒角 最后得到的主軸箱三維立體圖如下圖 圖 4 主軸箱三維立體圖 11 （ 2） 將 solidworks圖形導(dǎo)入 ANSYS中 1） 先在 solidworks中建立模型，檢查無(wú)誤后將當(dāng)前模型另存為 *.x_t格式，即保存類型選擇 Parasolid(*.x_t)。針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)模型，需要選擇不同的單元類型， ANSYS的單元類型有：實(shí)體單元、梁／管單元、殼／膜彈元、桿／索單元、彈簧單元、接觸單元、表面效應(yīng)單元、質(zhì)量單元、超單元等。本課題中的 主軸箱設(shè)計(jì)所使用的材料是灰鐵 HT200，其參數(shù)如下： 彈性模量： E=1． 3e11 N／ m2。具體步驟是： GUI Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool,選中 Smart Size，將數(shù)值設(shè)為 6，點(diǎn)擊 Mesh，選擇 Pick all，進(jìn)行智能劃分。 在典型的模態(tài)分析中唯一有效的“載荷”是零位移約束，如果在某個(gè) DOF處指定了一個(gè)非零位移約束，則以零位移約束替代 DOF處的設(shè)置。 15 模態(tài)計(jì)算結(jié)果 主軸箱結(jié)構(gòu)前十五階固有頻率、振幅及振型描述 （ 1） 各階固有頻率如下表 表 1 各階固有頻率表 階次 固有頻率 /Hz 振型描述 1 沿 Y軸方向 擺動(dòng)，左側(cè)面連接部分振型明顯 2 沿 Z軸方向擺動(dòng)，左側(cè)面連接部分振型明顯 3 沿 X軸方向擺動(dòng)，右側(cè)面連接部分和底面凸臺(tái)處振型明顯 4 內(nèi)支撐板沿 Y方向左右擺動(dòng)，兩支撐板頂部振型明顯 5 箱體扭轉(zhuǎn)，左側(cè)面連接部分振型明顯 6 內(nèi)支撐板沿 X方向左右擺動(dòng)，兩支撐板頂部振型明顯 7 沿 Y方向彎曲，后側(cè)面中段振型明顯 8 沿 Y方向彎曲，后側(cè)面中段振型明顯 9 沿 Y方向彎曲，前側(cè)面中段振型明顯 10 箱體扭轉(zhuǎn)，左側(cè)面和后側(cè)面中段振型明顯 11 內(nèi)支撐板沿 Y方向左右擺動(dòng)，支撐板頂部振型明顯 12 沿 X方向彎曲，左側(cè)面和前側(cè)面中段振型明顯 13 箱體扭轉(zhuǎn)，后側(cè)面中段振型明顯 14 內(nèi)支撐板沿 Y方向左右擺動(dòng)，支撐板頂部振型明顯 15 內(nèi)支撐板沿 Y方向左右擺動(dòng)，支撐板頂部振型明顯 （ 2） 各階振型如下圖 1階振型 2階振型 16 3階振型 4階振型 5階振型 6階振型 7階振型 8階振型 9階振型 10階振型 17 11階振型 12階振型 13階振型 14階振型 15階振型 圖 8 各階振型圖 （ 3） 各階總變形 如下 圖 1階總變形 2階總變形 18 3階總變形 4階總變形 5階總變形 6階總變形 7階總變形 8階總變形 9階總變形 10階總變形 19 11階總變形 12階總變形 13階總變形 14階總變形 15階總變形 圖 9 各階總變形圖 模態(tài)分析結(jié)果 (1) 從前 15 階固有頻率可以看出，前三階頻率都非常小，均在 100 以下，其最小固有頻率為 ，最大固有頻率為 ,而車床主軸轉(zhuǎn)速范圍在361400r/min， 根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速 fn 60? 及主軸上齒輪的最大齒數(shù)為 28，可得主軸的激勵(lì)頻率的范圍在 ,所以在 12 階模態(tài)以下時(shí)，車床主軸可能與箱體發(fā)生 共振。 C6150主軸箱模態(tài)分析小結(jié) 通過(guò) ANSYS軟件 采用有限元分析方法，對(duì)主軸箱箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，獲得了主軸箱箱體結(jié)構(gòu)的前 15階固有頻率和振型，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作了準(zhǔn)備。 對(duì)于第 4階和第 6階出現(xiàn)的箱體內(nèi)支撐板的嚴(yán)重變形，在優(yōu)化后變形量減小了；其次 5階后箱體出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)變形也有所改善 ； 對(duì)于扭轉(zhuǎn)變形最厲害的 7階，在優(yōu)化后，箱體側(cè)壁的變形量 明顯減小，且扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象有所減弱。軸孔的形狀精度，凡未作特殊規(guī)定的，一般在其尺寸公差范圍之內(nèi)，對(duì)主軸孔常常單獨(dú)規(guī)定圓度和素線平行度的公差，一般不超過(guò)孔徑尺寸公差之半。 3）Ⅲ鈾軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn) C 的平行度公差為 ；對(duì)基準(zhǔn) V 的平行度公差為 。 （ 3）平面度精度 裝配基面的平面度不但影響主軸箱與車