【正文】 盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。最后，通過這次的設(shè)計我們看到了，C6150主軸箱在車床這個大的裝配體中占有相當(dāng)重要的地位，它是一個基礎(chǔ)件同時也是一個精度要求很高的部件，它的振動會對車床的加工精度以及零件的加工質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，特別是主軸箱在加工過程中產(chǎn)生的振動將依次傳遞到車床其它部件上，對加工質(zhì)量的影響是極為重要的，所以我們必須對它進(jìn)行振動特性分析，目前分析振動的典型的方法就是模態(tài)分析，通過對主軸箱的模態(tài)分析，我們得到C6150主軸箱的薄弱環(huán)節(jié)是箱體側(cè)壁和內(nèi)支撐板，通過增加其厚度和內(nèi)筋來提高其剛度，以達(dá)到增加振動特性的目的。通過對C6150主軸箱加工工藝的設(shè)計，我們了解了如何對零件圖進(jìn)行分析，如何確定毛坯及定位基準(zhǔn)，擬定工藝路線，確定各工序加工方法、所采用的設(shè)備、加工階段劃分、工序劃分以及各工序所采用的刀具、夾具、量具和輔助工具，計算加工余量和切削余量。所以，輔助時間。所以，輔助時間。所以可得由此可得工序12的總工時 鉆擴(kuò)鉸A面孔機(jī)床：Z5132A立式鉆床(1)鉆擴(kuò)鉸V孔1)鉆φ50mm孔刀具：錐柄麻花鉆，查《機(jī)械加工工藝手冊》可得進(jìn)給量f=，切削速度v=，所以刀具轉(zhuǎn)速,取為195，所以實際的切削速度，,取。3）精鏜時，進(jìn)給量f=，切削速度v=，主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min。2）半精鏜時，切削深度，毛坯孔徑，我們?nèi)〉稐U伸出長度為200mm，切削速度v=3m/s=180m/min，由此可得主軸轉(zhuǎn)速，取為500，所以實際的切削速度，工作臺每分鐘進(jìn)給量，被切削層長度，刀具切入長度，刀具切出長度，所以機(jī)動時間，輔助時間。2）精加工時，切削速度v= m/s，主軸轉(zhuǎn)速n=235m/s，進(jìn)給量f=，=3mm，機(jī)動時間=，輔助時間=。所以總工時。通過查《機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊》可得各加工工序的加工余量列表如下:表3 加工余量表序號工序名稱加工余量/mm1鑄造2熱處理3上底漆4劃線5銑頂面，精銑余量1mm6銑側(cè)面，精銑余量1mm7銑定位面，精銑余量1mm8磨定位面，9銑端面，精銑余量1mm10劃線11鏜C面孔粗鏜余量10mm，12鏜A面孔粗鏜余量10mm，13涂漆14自然時效15鉆擴(kuò)鉸A面孔，VI孔擴(kuò)孔余量4mm，鉸孔余量1mm，16鉆擴(kuò)鉸C面孔，17鉆擴(kuò)鉸F面孔，，18浮動鏜19鉆螺紋孔20去毛刺21檢驗22涂油23入庫 確定切削用量和時間定額 銑頂面工件材料：HT200機(jī)床：XE755端面銑床查《機(jī)械加工工藝手冊》選用刀具：Φ250mm端面銑刀。這種加工方法，刀塊的浮動作用，就只能憑尺寸精度很高的鏜刀塊來提高孔的尺寸精度和降低表面粗糙度，而沒有糾正形狀和位置誤差的能力。由于該箱體零件又是形狀復(fù)雜、尺寸較大的鑄件，所有成批生產(chǎn)條件下粗加工時利用劃線找正容易解決上述問題，也就是要以主軸孔及其軸心線為粗基準(zhǔn)進(jìn)行劃線。這種活動結(jié)構(gòu)鏜模加工精度，當(dāng)然要比固定結(jié)構(gòu)鏜模的加工精度要低一些，且需要裝卸吊模的輔助時間。選擇粗基準(zhǔn)時，應(yīng)特別注意加工表面上的余量分配以及與不加表面的位置和尺寸要求。在加工軸孔時，因為刀具和輔助工具的尺寸受到孔徑尺寸的限制，不能過大，因而容易變形，影響加工質(zhì)量。（3）平面度精度 裝配基面的平面度不但影響主軸箱與車床的接觸質(zhì)量，而且在加工過程中作為定位基面時更直接影響軸孔的加工精度。2）D軸軸孔的軸線對基準(zhǔn) ；。其尺寸精度公差為6級，其余軸孔為標(biāo)準(zhǔn)公差67級。 改進(jìn)后結(jié)果 圖10 優(yōu)化后的箱體圖形優(yōu)化后的各階總變形如下圖： 1階總變形 2階總變形 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 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11 優(yōu)化后的各階總變形通過分析優(yōu)化后箱體的振型及各階總變形可得：，所以箱體的整體變形量有所改善且各階振型中的最大變形量均有所減小。綜上，通過對15階固有頻率、固有振型以及各階總變形我們得到：箱體的內(nèi)支撐板的變形量最大，需要引起重視；其次是箱體的側(cè)壁在5階以后發(fā)生扭轉(zhuǎn)，在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計中需要考慮。(3)顯示節(jié)點位移或單元應(yīng)力分布GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour Plot——NodalSolu／Element Solu。 施加邊界條件并求解圖7 復(fù)合面導(dǎo)軌首先，C6150主軸箱體與底座的固定采用的是復(fù)合面導(dǎo)軌，如上圖所示，左側(cè)V形面和底面V形導(dǎo)軌嚙合，限制了V形面即箱體的移動，底面V形導(dǎo)軌下側(cè)裝有螺栓，使主軸箱體與底座固定。主軸箱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可采用智能網(wǎng)格劃分，6級精度SOLIDl86單元。在一個分析中可能有多個材料特性，ANSYS通過參考號來識別每個材料特性。單元類型決定了單元的自由度數(shù)和單元位于二維空間還是三維空間。觀察結(jié)果數(shù)據(jù)的過程是t讀入合適子步的結(jié)果數(shù)據(jù)，執(zhí)行后處理操作。材料的性質(zhì)可以是線性的或非線性的、各向同性的或各項異性的、恒定的或和溫度相關(guān)的。和q分別稱為廣義特征值和廣義特征向量。在結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題中結(jié)構(gòu)固有頻率和固有振型是動力學(xué)問題分析的基礎(chǔ)。（4）對箱體的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，通過改進(jìn)箱體局部結(jié)構(gòu)或者尺寸以達(dá)到改善箱體振動特性的目的，對改進(jìn)后的箱體重新做一次模態(tài)分析，比較優(yōu)化前后箱體的振型或者總變形，看箱體的振動特性是否得到改善。通過對主軸箱的模態(tài)分析我們可以想到，主軸箱體作為一個裝配體，它的加工精度不僅受主軸箱本身精度的影響，同時還受裝配在主軸箱內(nèi)的各軸的影響，裝配質(zhì)量同樣影響車床整體的加工精度，而且影響甚大，這就讓我們想到了一個問題：同樣的高精度機(jī)床，拆卸之后再裝配回去卻達(dá)不到之前的加工精度了。與此同時還增強(qiáng)了可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能。 主軸箱作為齒輪箱的一種，人們對其振動的研究早在一個世紀(jì)前就開始了，但直到六十年代中期，齒輪的振動問題作為評價主軸箱裝置好壞的重要因素引起了世界范圍內(nèi)的廣發(fā)關(guān)注。而模態(tài)分析是動態(tài)分析中的一個重要部分，我們利用ANSYS有限元分析軟件建立有限元模型并對C6150車床主軸箱進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了車床主軸箱的固有頻率和振型，通過各階固有頻率的分析，我們可以調(diào)節(jié)箱體中其它部件的頻率，以避免產(chǎn)生共振；通過對各階固有振型的分析找出箱體的薄弱環(huán)節(jié)并對其進(jìn)行改善。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。由于機(jī)床在工作過程中會產(chǎn)生振動，表現(xiàn)較為明顯的就是主軸箱，對于主軸箱的振動，它不但會嚴(yán)重影響車床的加工精度，進(jìn)而導(dǎo)致零件的加工質(zhì)量下降，而且還浪費工時，帶來經(jīng)濟(jì)損失。對于有限元技術(shù)的發(fā)展趨勢，已經(jīng)從單純的結(jié)構(gòu)力學(xué)計算發(fā)展到求解多物理場問題。所以只要考慮從最低頻率開始的有限個固有模態(tài)就足夠了。（2）運用solidworks三維軟件建立C6150主軸箱的三維實體模型，即將現(xiàn)有的主軸箱的二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維實體模型。對于一個多自由度系統(tǒng)，它的運動微分方程為: ， M為質(zhì)量矩陣，C為阻尼矩陣，K為剛度矩陣。將式（3）對時間求一階、二階導(dǎo)數(shù)，得： (4) (5)將（3）式和（5）式代入（2）式中得： (6)即: (7)需要尋求式(7)所示的彈性結(jié)構(gòu)的節(jié)點振幅列陣q和ω，就轉(zhuǎn)化為找尋數(shù)量為ω178。對于有支撐約束的結(jié)構(gòu)，對K和M進(jìn)行邊界條件處理之后，總剛陣是對稱正定矩陣，則由式(9)解出的廣義特征值λ一定是正實數(shù)，從而可以算出彈性結(jié)構(gòu)的n個固有頻率： (10)對于沒有支撐而處于自由狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，K和M不進(jìn)行邊界條件處理，總剛陣是對稱半正定矩陣，由式(8)算出的一部分廣義特征值為零，沒有實際意義。（4）觀察結(jié)果模態(tài)分析的結(jié)果被寫入結(jié)構(gòu)分析結(jié)果文件Jobname．RST中。如下圖所示圖5 主軸箱實體圖 定義單元屬性在生成節(jié)點和單元網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，必須定義合適的單元屬性。(2)定義材料特性 ANSYS中的所有分析都需要輸入材料屬性。如長度單位是米，輸入的壓強(qiáng)單位不能是N／mm2。(3)Number of Modes to Extract：機(jī)床結(jié)構(gòu)是個連續(xù)體，質(zhì)量和彈性都是連續(xù)分布的，所以應(yīng)具有無窮多個自由度，也就是無窮多階模態(tài)。然后依次點擊GUI Main Menu Solution SolveCurrent LS開始求解。(3) 通過各階總變形圖可以看出，在大多數(shù)階次下，箱體中間支撐板和箱體側(cè)面的振幅比較大，且變形較為嚴(yán)重，從中看出此處是主軸箱的薄弱環(huán)節(jié)，后續(xù)優(yōu)化部分應(yīng)考慮此處。綜上可得：對于前幾階出現(xiàn)的箱體的平動和轉(zhuǎn)動，可通過在右側(cè)箱體底面增加螺栓以加強(qiáng)主軸箱與床身的穩(wěn)定，保證主軸箱在車床上的位置。大多數(shù)箱體內(nèi)部還有隔板，而且體積小，在一般情況下它的剛性是比較高的。軸心線之間的距離偏差對漸開線齒輪來講影響較小，但要防止距離過小，使齒輪嚙合時沒有齒側(cè)間隙，甚至咬死。7）Ⅳ軸軸孔的軸線對基準(zhǔn) ?？梢?，主軸箱箱體的主要加工表面是平面和孔。C6150主軸箱體零件圖如下圖所示：圖12 C6150主軸箱體零件圖圖13 C6150車床主軸箱箱體展開圖 毛坯分析零件材料為HT200鑄件。一般情況下都采用這種方法。選擇主軸箱箱體加工的粗基準(zhǔn)時應(yīng)考慮的問題主要是：1）主軸孔是該箱體中要求最高的孔，粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)保證主軸孔的加工余量均勻，孔壁厚薄均勻。如果主軸孔也用鉸刀鉸削，則鉸刀尺寸過大，制造費用和刃磨費用昂貴，勞動強(qiáng)度大，所以目前用的很少。 VII孔鉆至Φ30mm,，鉸至Φ32mm。所以總工時。其中=650mm，=450mm，粗加工時=，精加工時=，K=，V=，粗加工時=，精加工時=，Z=1。2）半精鏜時，切削深度，毛坯孔徑，我們?nèi)〉稐U伸出長度為200mm，切削速度v=3m/s=180m/min，由此可得主軸轉(zhuǎn)速，取為500，所以實際的切削速度，工作臺每分鐘進(jìn)給量，被切削層長度，刀具切入長度，刀具切出長度，所以機(jī)動時間，輔助時間。所以可得鏜孔I時的總工時 （2）鏜孔II時，選用T68臥式鏜床和硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料為YT5。所以可得鏜孔III時的總工時 （4）鏜孔IV時，選用T68臥式鏜床和硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料為YT5。所以V孔加工總工時 (2)鉆擴(kuò)鉸VI孔1)鉆φ50mm孔刀具：錐柄麻花鉆，查《機(jī)械加工工藝手冊》可得進(jìn)給量f=，切削速度v=，所以刀具轉(zhuǎn)速,取為195，所以實際的切削速度，,取。所以，輔助時間。所以，工序18總工時 鉆螺紋孔（1）機(jī)床：Z5132A立式鉆床刀具：錐柄麻花鉆，查《機(jī)械加工工藝手冊》可得進(jìn)給量f=，切削速度v=，所以刀具轉(zhuǎn)速，,取。（3）對箱體的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，通過改進(jìn)箱體局部結(jié)構(gòu)或者尺寸以達(dá)到改善箱體振動特性的目的，對改進(jìn)后的箱體重新做一次模態(tài)分析，比較優(yōu)化前后箱體的振型或者總變形，看箱體的振動特性是否得到改善。魏老師在畢業(yè)設(shè)計中指導(dǎo)了我很多東西，給我提出了很多意見，并且給我提出了很多在設(shè)計過程中容易忽略的問題，讓我在畢業(yè)設(shè)計的路上節(jié)約了很多時間，讓我知道了在設(shè)計過程中應(yīng)該全面的、深層次的考慮問題，同時，魏老師認(rèn)真、負(fù)責(zé)、不懈的工作態(tài)度，值得我學(xué)習(xí)，再次衷心的感謝魏老師，您辛苦了！其次，我還要感謝合肥工業(yè)大學(xué)，它給了我一個優(yōu)美的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓我在這樣一個良好的學(xué)習(xí)氛圍下學(xué)到了很多專業(yè)知識。學(xué)位論文作。致謝經(jīng)過了幾個月的努力，畢業(yè)設(shè)計終于要結(jié)題了。（2）講所得三維立體模型導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件中，并對主軸箱進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了主軸箱的前15階固有頻率和振型，主軸箱的固有頻率較高，動態(tài)性能較好，具有較好的抗震能力。3)鉸孔至φ25mm刀具：套式機(jī)用鉸刀，查《機(jī)械加工工藝手冊》得進(jìn)給量f=，切削速度v=，所以刀具轉(zhuǎn)速,取140，故實際切削速度，, ,取，助時間。所以，輔助時間。所以，輔助時間。2）半精鏜時，進(jìn)給量f=，切削速度v=，主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min。2）半精鏜時，進(jìn)給量f=，切削速度v=，主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min。3）精鏜時，切削深度，毛坯孔徑，我們?nèi)〉稐U伸出長度為200mm，切削速度v=，由此可得主軸轉(zhuǎn)速，取為1000，所以實際的切削速度，工作臺每分鐘進(jìn)給量，被切削層長度，刀具切入長度，刀具切出長度，所以機(jī)動時間，輔助時間。所以總工