【正文】 行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件，為運(yùn)用有限元軟件對其進(jìn)行有限元分析做好準(zhǔn)備。 xxx 、 ??? 分別為加速度向量、速度向量、位移向量， f為外激勵向量。 和相對應(yīng)的非零向量 q滿足式 (7)。 模態(tài)分析的基本步驟 9 （ 1）模型的建立 建模過程和其它類型的分析類似，但在模態(tài)分析中只有線性行為是有效的。分析結(jié)果包括：固有頻率、已擴(kuò)展的振型、相對應(yīng)力和位移分布。需要定義的屬性有： (1)定義單元類型 ANSYS提供了 200多種不同的單元類型，以適用于各種工程的分析。根據(jù)應(yīng)用的不同，材料特性可以是：線性或非線性，各向同性、正交異性或非彈 性，不隨溫度變化或隨溫度變化。 具體步驟是： (1)定義單元類型， GUI Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/DeleteAddSolid20node 186； (2)定義材料屬性， GUI Main Menu PreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructuralLinearElasticIsotropic,在 EX里輸入 ，在 PRXY里輸入 ，再選擇 StructuralDensity,在 DENS里輸入 ， 點(diǎn)擊 OK。但是該機(jī)床的設(shè)計(jì)最高 工作轉(zhuǎn)速為 1400 r／ min， 根據(jù) 主軸轉(zhuǎn)速 fn 60? ，可得主軸最高頻率約為 ,又由于主軸上齒輪齒數(shù)為 28，所以主軸的最高激勵頻率為 ,因此 當(dāng)箱體的固有頻率大于 ，一般不可能發(fā)生共振，對于加工質(zhì)量的影響不大，所以只需研究 固有頻率較小的模態(tài)，即 機(jī)床的低階模態(tài)。 查看結(jié)果 模態(tài)分析結(jié)果一般在通用后處理器 (POSTl)中查看： (1)列出各階固有頻率 GUI． Main MenuGeneral PostprocResults Summary。最大振幅出現(xiàn)在第 4階 和 第 6階 模態(tài)里 ，同樣是出現(xiàn)在兩個(gè)中間支撐板處，優(yōu)化時(shí)考慮增加支撐板厚度，以降低振幅。對于第 6階出現(xiàn)的 箱體內(nèi)支撐板的擺動 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增加支撐板的厚度。 24 下圖為 C6150箱體的簡圖，主要技術(shù)條件有： （ 1）軸孔精度 軸孔的尺寸精度和形狀精度對軸承的配合質(zhì)量有很大的關(guān)系，因而也對軸的回轉(zhuǎn)精度、傳動平穩(wěn)性、噪聲、軸承壽命有重大影響。此車床主軸箱箱體通過地面 D和導(dǎo)軌面 F和床身連接，是主軸箱體零件的裝配基準(zhǔn)，它們決定了主軸軸心線對床身導(dǎo)軌的位置關(guān)系。 7）Ⅳ軸軸孔的軸線對基準(zhǔn) W 的平行度公差為 。 可見，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 26 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(shí)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(fèi)用和刃磨費(fèi)用昂貴，勞動強(qiáng)度大，所以目前用的很少。 VII 孔鉆至Φ30mm,擴(kuò)至Φ ，鉸至Φ 32mm。所以總工時(shí) m i ????????? ffjj ttttt 。其中 l =650mm， MD =450mm，粗加工時(shí) bZ =，精加工時(shí) bZ =， K=， V=，粗加工時(shí) rsf =，精加工時(shí) rsf =， Z=1。 銑定位面 用和工序 5 同樣的方法，選用 X53K 立式銑床，Φ 200mm 直齒三面刃銑刀，計(jì)算可得， 1） 粗加工時(shí)，切削速度 v= m/s，主軸轉(zhuǎn)速 n=235m/s，進(jìn)給量 f=1mm，pa =5mm，機(jī)動時(shí)間 1tj =，輔助時(shí)間 1ft =。粗加工時(shí)銑削速度v=，精加工時(shí)切削速度 v=，所以根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速公式 dvn ?1000? ，可得粗加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速 n=214m/s，精加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速 n=225m/s。 為了達(dá)到零件圖對孔系精度的要求，除了選擇底面 D和導(dǎo)向面 E作為統(tǒng)一基面外；精鏜是保障這種位置精度的關(guān)鍵工序，所以采用專用鏜模，使孔系的位置精度只取決于這種鏜模和鏜桿的制造精度，這樣，就可以利用制造精度一般而生產(chǎn)效率高 的組合機(jī)床來完成精鏜孔系的工序。結(jié)合粗、精基準(zhǔn)面的選擇，箱體類零件的加工順序總是先加工平面后加工孔系，先加工主要表面后加工次要表面，并提高作為精基準(zhǔn)的 D面和 E面的加工精度。 （ 2）在大批量生產(chǎn)時(shí)，可采用頂面和兩銷孔作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，鏜孔用的中間支撐固定在夾具底板上。并且，還必須注意合理安排消除毛坯內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序。而且箱體內(nèi)的隔板上也有精度要求高的孔。因此規(guī)定底面 D和導(dǎo)向面 E必須平直， 25 并采用涂色法檢驗(yàn)它們和標(biāo)準(zhǔn)平面的接觸面積，另外還規(guī)定了 D 面和 F面的垂直度公差。 4）Ⅳ軸軸孔內(nèi)表面對基準(zhǔn) H 的平行度公差為 ；Ⅳ軸各軸孔表面對基準(zhǔn) C 的同軸度公差為φ 。如：軸線 IVIV上的主軸孔 Φ140J Φ160JΦ180J6的圓度和素線平行度誤差均在 。對于 優(yōu)化后的箱體更有利于減小箱體振動，提高加工精度和零件質(zhì)量。通過對振型的分析，找到了箱體的薄弱環(huán)節(jié)和應(yīng)該改進(jìn)的地方，以此來改進(jìn)箱體結(jié)構(gòu)減小加工過程中箱體的振動，提高機(jī)床的加工精度和零件的加工質(zhì)量。 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(shí)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(shí)，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 20 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)生共振?？梢允┘映灰萍s束之外的其他載荷，但它們將被忽略。劃分后的結(jié)果如下圖 13 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 。 泊松比： U=0． 3。對于三維問題，最常用的是實(shí)體單元。 2） 把 ANSYS工作目錄設(shè)置成剛才保存 *.x_t文件的文件夾。 （ 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(jì)算，退出 SOLUTION。 記λ =ω178。對于整個(gè)結(jié)構(gòu)，由達(dá)朗貝爾原理有： FKCM ??? ??? ??? (1) 式中 M總質(zhì)量陣，δ 整個(gè)彈性節(jié)點(diǎn)位移矢量， C總阻尼陣， K總鋼陣， F總外加激振力矩陣。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€(gè)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。固有頻率和振型是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)，使它滿足機(jī)床對加工質(zhì)量和加工精度的要求。 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。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。 對改進(jìn)后的主軸箱 體進(jìn) 行加工工藝設(shè)計(jì) ，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。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 目 錄 中文摘要 ............................................................ 2 英文摘要 ............................................................ 3 1 引言 ............................................................. 4 論文的目的 ................................................. 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................... 4 對研究問題的認(rèn)識及現(xiàn)實(shí)意義 .................................. 5 對研究問題的認(rèn)識 ....................................... 5 現(xiàn)實(shí)意義 ............................................... 5 主要研究內(nèi)容 ................................................ 6 2 C6150 主軸箱模態(tài)分析 ............................................. 7 模態(tài)分析理論基礎(chǔ) ............................................ 7 模態(tài)分析的基本步驟 .......................................... 8 C6150 主軸箱結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析 ............................... 9 建立模型 ............................................... 9 定義單元屬性 .......................................... 11 劃分網(wǎng)格 .............................................. 12 設(shè)置分析類型和選項(xiàng) .................................... 13 施加邊界條件并求解 .................................... 13 查看結(jié)果 .............................................. 14 模態(tài)計(jì)算結(jié)果 .......................................... 15 模態(tài)分析結(jié)果 .......................................... 19 C6150 主軸箱模態(tài)分析小結(jié) .............................. 20 車床主軸箱體優(yōu)化 ............................................... 20 改進(jìn)方案 .............................................. 20 改進(jìn)后結(jié)果 ............................................ 21 3 C6150 主軸箱體的加工工藝設(shè)計(jì) .................................... 23 主軸箱箱體的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)條件分析 ......................... 23 毛坯分析 ................................................... 26 定位基面的選 擇和加工順序的安排 ............................. 26 加工方法的選擇 ............................................. 27 熱處理工序的安排 ........................................... 28 加工工藝過程的擬定 ......................................... 28 加工余量的確定 ............................................. 31 確定切削用量和時(shí)間定額 ..................................... 32 銑頂面 ................................................ 32 銑側(cè)面 ................................................ 33 銑定位面 .............................................. 33 磨定位面 .............................................. 33 銑端面 ................................................ 34 鏜 C 面孔 .............................................. 34 鏜 A 面孔 .............................................. 38 鉆擴(kuò)鉸 A 面孔 ....