【正文】 時 磨定位面工件材料：HT200機(jī)床：M7475B立軸圓臺平面磨床查《機(jī)械加工工藝手冊》得其主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min，磨削速度v=。1）粗銑時：被切削層長度=650mm，刀具切入長度，刀具切出長度取2mm，進(jìn)給量==，取==，所以機(jī)動時間，查表得銑削的輔助時間=。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，并在粗加工以后和精加工以前，把工件存放一段時間，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程中無法觀察加工情況、測量孔徑和調(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，以防止在工作時潤滑油漏出；另一種情況是在加工過程中以頂面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，這時對頂面的平行度的要求就更高一些。5）Ⅳ。（2）軸孔的位置精度 同一軸心線上的軸孔的同軸度和端面對軸心線的垂直度誤差，會使軸承歪斜，影響軸的回轉(zhuǎn)精度和軸承的壽命。3 C6150主軸箱體的加工工藝設(shè)計 主軸箱箱體的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)條件分析車床主軸箱箱體是車床幾個箱體中精度要求最高的一個，它的加工質(zhì)量，對機(jī)床的工作精度和工作性能，對裝配勞動量都有很大的影響；它又是主軸箱部件裝配中的一個基礎(chǔ)件，因此主軸箱箱體的加工質(zhì)量就成為車床制造中很重要的一個環(huán)節(jié)。 車床主軸箱體優(yōu)化 改進(jìn)方案通過箱體的各階陣型的分析可知，前3階陣型為平面內(nèi)的整體轉(zhuǎn)動；4階、11階及14階、15階振型主要表現(xiàn)為支撐板的左右擺動，在加工過程中，箱體內(nèi)支撐板的明顯擺動會影響主軸的直線度和齒輪嚙合時傳動的穩(wěn)定性，導(dǎo)致加工零件半徑等尺寸精度降低，因此需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計； 5階后箱體出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，需要引起足夠的注意，因?yàn)橄潴w的扭轉(zhuǎn)則會引起箱體的變形，進(jìn)而引起主軸等箱體內(nèi)其它軸的變形，同時由箱體引起的振動會導(dǎo)致加工表面的振動，使表面粗糙度增大；箱體的扭轉(zhuǎn)會影響箱內(nèi)齒輪的嚙合，影響傳動的穩(wěn)定性高，也會嚴(yán)重影響箱體主軸相對箱體的位置精度，會導(dǎo)致零件的加工半徑不一致，這些進(jìn)而都會影響加工精度；而且箱體的變形還會使工件和刀具之間產(chǎn)生相對位移，影響正常的運(yùn)動軌跡，這樣就影響了零件的加工表面質(zhì)量。對于頻率高的模態(tài)振型，它主要影響零件的精加工，這是因?yàn)榫庸r主軸轉(zhuǎn)速高，頻率高，刀具進(jìn)給量小，當(dāng)高階振型的固有頻率和精加工的頻率相等時，容易發(fā)生共振，引起箱體振動和變形，精加工主要影響表面粗糙度、加工表面質(zhì)量、加工精度等，所以我們應(yīng)該通過分析高頻率的振型來研究箱體振動對精加工的影響，盡量避免發(fā)生共振。主軸箱是通過復(fù)合面導(dǎo)軌固定在底座上，再由箱體底面的螺栓來實(shí)現(xiàn)對主軸箱體的固定，在有限元模型中，把主軸箱的邊界約束簡化為約束與固定螺栓位置相對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的各方向的自由度，由于主軸箱與底座相固定，通過復(fù)合面導(dǎo)軌與底座相接觸，并以螺栓固定以實(shí)現(xiàn)全約束。 設(shè)置分析類型和選項(xiàng)(1)Analysis Type Modal，指定分析類型為模態(tài)分析。密度：P=7210 kg／m3。有限元中，三維實(shí)體單元有兩種：六面體單元和四面體單元。3）運(yùn)行ANSYS，F(xiàn)ile→Import→PARA...→左側(cè)框中就會看到剛才生成的*.x_t文件，選中OK導(dǎo)入完成。（3）模態(tài)擴(kuò)展求解器的輸出內(nèi)容主要是固有頻率，固有頻率被寫到輸出文件Jobname．OUT及振型文件Jobname．MODE中。將（7）式改寫為 (8)由于q是非零向量，上式有解的條件是矩陣KλM的行列式應(yīng)為零，即 (9)上式數(shù)學(xué)上稱為廣義特征方程，式中n為矩陣K或M的階數(shù)。對于自由振動，沒有外加激振力，無阻尼，式(1)變?yōu)椋? (2)計算經(jīng)驗(yàn)表明，阻尼對結(jié)構(gòu)頻率和振型影響不大，因此，常用無阻尼自由振動方程式(2)來求解結(jié)構(gòu)的固有頻率和相應(yīng)的振型。2 C6150主軸箱模態(tài)分析 模態(tài)分析理論基礎(chǔ) 圖1 單自由度系統(tǒng) 圖2 多自由度系統(tǒng)由一個無質(zhì)量的彈簧和無彈性的質(zhì)量所組成的系統(tǒng)稱為單自由度系統(tǒng)，單自由度運(yùn)動微分方程式為，m、c、k分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度；分別為結(jié)構(gòu)的加速度、速度和位移；f為結(jié)構(gòu)的外激勵?？傊媚B(tài)分析理論研究主軸箱的振動問題具有重要的理論價值、廣泛的應(yīng)用前景和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)床結(jié)構(gòu)理論上是一個無限多自由度系統(tǒng)，存在無數(shù)多個固有模態(tài)，即有無數(shù)多個固有頻率及相對應(yīng)的振型。目前的研究趨勢是把有限元模態(tài)分析方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，相得益彰。關(guān)鍵詞：有限元分析、模態(tài)分析、主軸箱、工藝設(shè)計Abstract：Lathe spindle box is the based ponents of the lathe, It holds up the various axis in the lathe spindle and determine the relative position among them. When spindle box vibration, it will transfer the vibration to the shafts, then transfer to machinings through the shafts. As a consequence,it will influence machining quality of workpieces. So the dynamic characteristic of spindle box not only affect the accuracy of the lathe directly but also affect parts processing , Modal analysis is a quite important part of the dynamic analysis, we can use ANSYS finite element analysis software to found the finite element model and have modal analysis of C6150 lathe spindle box,finaly,we get the natural frequency and vibration mode of one hand,through the analysis of the natural frequency, we can adjust the frequency of other ponents to avoid to produce resonance the other hand, through the analysis of the natural vibration models，we can find out the weak links of the cabinets and take measures to improve them. In the design process ，we can found that most of the mode shapes are swinging and twist through the analysis of the calculation results of the lathe spindle box，which will influence the stability and safety of the lathe， we can improve the vibratility of the lathe spindle box through the optimization design. The processing technology design of the lathe spindle box that have been optimized is another mission for us,we can get the satisfactory lathe spindle box if we arrange the processing operations reasonablely and determined the cutting dosages.Keywords:finite element analysis、modal analysis、main spindle box、process design1 引言 論文的目的 機(jī)床的結(jié)構(gòu)分析分為靜力分析和動態(tài)分析，機(jī)床的有限元靜力分析只能反映機(jī)床在切削力和機(jī)床部件的重力作用下機(jī)床的變形。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。目 錄中文摘要 1英文摘要 21 引言 3 論文的目的 3 3 對研究問題的認(rèn)識及現(xiàn)實(shí)意義 4 對研究問題的認(rèn)識 4 現(xiàn)實(shí)意義 4 主要研究內(nèi)容 52 C6150主軸箱模態(tài)分析 6 模態(tài)分析理論基礎(chǔ) 6 模態(tài)分析的基本步驟 7 C6150主軸箱結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析 8 建立模型 8 定義單元屬性 10 劃分網(wǎng)格 11 設(shè)置分析類型和選項(xiàng) 12 施加邊界條件并求解 12 查看結(jié)果 13 模態(tài)計算結(jié)果 14 模態(tài)分析結(jié)果 18 C6150主軸箱模態(tài)分析小結(jié) 19 車床主軸箱體優(yōu)化 19 改進(jìn)方案 19 改進(jìn)后結(jié)果 203 C6150主軸箱體的加工工藝設(shè)計 22 主軸箱箱體的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)條件分析 22 毛坯分析 25 定位基面的選擇和加工順序的安排 25 加工方法的選擇 26 熱處理工序的安排 27 加工工藝過程的擬定 27 加工余量的確定 30 確定切削用量和時間定額 31 銑頂面 31 銑側(cè)面 32 銑定位面 32 磨定位面 32 銑端面 33 鏜C面孔 33 鏜A面孔 37 鉆擴(kuò)鉸A面孔 38 鉆擴(kuò)鉸C面孔 42 鉆擴(kuò)鉸F面孔 43 浮動鏜 44 鉆螺紋孔 44 主軸箱箱體加工工藝設(shè)計小結(jié) 454 結(jié)論 46致謝 47參考文獻(xiàn) 48畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。對改進(jìn)后的主軸箱體進(jìn)行加工工藝設(shè)計，合理安排加工工序并確定切削用量，以獲得符合要求的主軸箱體。模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)是在機(jī)械阻抗和導(dǎo)納概念上發(fā)展起來的，目前所應(yīng)用的模態(tài)分析技術(shù)分為理論模態(tài)分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，理論模態(tài)分析是以線型振動理論為基礎(chǔ)的，實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析又稱模態(tài)分析的實(shí)驗(yàn)過程。 對研究問題的認(rèn)識及現(xiàn)實(shí)意義 對研究問題的認(rèn)識模態(tài)分析是機(jī)床動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，主要用于確定機(jī)床結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，即固有頻率和相應(yīng)振型。固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)，了解結(jié)構(gòu)本身具有的固有頻率和振型，調(diào)節(jié)箱體中其它部件的固有頻率，避開共振區(qū)，就可避免在使用中因共振因素造成不必要的損失；其次還能確定固有頻率是否安全可靠，振型是否影機(jī)床精度，根據(jù)此數(shù)據(jù)還可對機(jī)床床身相關(guān)的部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使它滿足機(jī)床對加工質(zhì)量和加工精度的要求。主軸箱主要的加工表面為平面和孔，其中孔的加工是最重要的，因?yàn)閭€主軸孔的尺寸精度、位置精度以及各孔之間的位置精度將對機(jī)床加工過程中的振動產(chǎn)生顯著影響，最后反映在零件的加工精度上。對于整個結(jié)構(gòu)，由達(dá)朗貝爾原理有： (1)式中M總質(zhì)量陣，δ整個彈性節(jié)點(diǎn)位移矢量，C總阻尼陣，K總鋼陣，F(xiàn)總外加激振力矩陣。記λ=ω178。（2）加載并求解進(jìn)入ANSYS求解器，指定分析類型和分析選項(xiàng)，定義主自由度，在模型上加載，指定載荷步選項(xiàng)，開始求解計算，退出SOLUTION。2）把ANSYS工作目錄設(shè)置成剛才保存*.x_t文件的文件夾。對于三維問題，最常用的是實(shí)體單元。泊松比： U=0．3。劃分后的結(jié)果如下圖圖6 主軸箱網(wǎng)格劃分圖至此，主軸箱結(jié)構(gòu)的有限元模型已經(jīng)建立起來，接下來就可以利用此有限元模型進(jìn)行主軸箱結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化?？梢允┘映灰萍s束之外的其他載荷，但它們將被忽略。對于頻率較低的模態(tài)振型，它主要影響零件的粗加工，這是因?yàn)榇旨庸r主軸轉(zhuǎn)速低，頻率低，刀具進(jìn)給量大，當(dāng)?shù)碗A振型的固有頻率和粗加工的頻率相等時，容易發(fā)生共振，引起箱體振動和變形，所以我們應(yīng)該通過分析低頻率的振型來研究箱體振動對粗加工的影響，盡量避免發(fā)生