【正文】 ...................................... 39 鉆擴(kuò)鉸 C 面孔 .......................................... 43 鉆擴(kuò)鉸 F 面孔 ......................................... 44 浮動鏜 ............................................... 45 鉆螺紋孔 ............................................. 45 主軸箱箱體加工工藝設(shè)計小結(jié) ................................. 46 4 結(jié)論 ............................................................ 47 致謝 ............................................................... 48 參考文獻(xiàn) ........................................................... 49 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。 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。 關(guān)鍵詞： 有限元 分析 、模態(tài)分析、主軸箱 、工藝設(shè)計 3 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 cabis 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 design 4 1 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。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。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。總之， 利用模態(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 。 7 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 fkxxcxm ??? ??? ， m、 c、 k 分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度； xxx 、 ??? 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。 對于自由振動，沒有外加激振力，無阻尼，式 (1)變?yōu)椋? 0?? ?? KM ?? (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。 ，將（ 7） 式改寫為 ? ? 0?? qMK ? (8) 由于 q是非零向量，上式 有解的條件是矩陣 Kλ M的行列式應(yīng)為零，即 ? ? 0d e t221122222221211112121111????????????nnnnnnnnnnnnmkmkmkmkmkmkmkmkmkMK????????????????? (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)。 （ 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。 3） 運(yùn)行 ANSYS， File→ 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。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。 密度： P=7210 kg／ m3。 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。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。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。 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 21 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)?箱體的扭轉(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 。 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)。 （ 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。 5）Ⅳ軸各軸孔的圓度公差均為 。對 于主軸箱的頂面 B 也有平面度的要求。在加工這些孔時，要求刀具懸伸更長，因此刀桿更容易變形，精度更難保證。對于毛坯的尺寸，根據(jù)各加工工序所留余量來確定。這樣，上述加工精度低和輔助時間長的問題就解決了。 加工方法的選擇 箱體上各種表面的加工方法和加工方案，在成批生產(chǎn)條件下通常有：平面加工可用粗刨 精刨方案或粗銑 精銑方案或粗銑 磨（也可分為粗磨和精磨）方案等；主軸孔和其余軸孔的加工可用粗鏜 精鏜（還可分為幾個工步完成）方案或 28 粗鏜 半精鏜 精鏜的方案等。 熱處理工序的安排 熱處理工序在 C6150主軸箱加工工藝設(shè)計過程中占有很重要的地位，因?yàn)?主軸箱箱體是加工要求較高的基準(zhǔn)件，又是形狀復(fù)雜的鑄件，必須消除內(nèi)應(yīng)力，所以應(yīng)合理安排時效處理工序，一般精度的機(jī)床鑄件可以采用自然失效和人工時效兩種方式，此處就容許主軸箱箱體在粗加工前即在毛坯鑄造后進(jìn)行人工時效，消除鑄件內(nèi)應(yīng)力。 由切削速度公式：602 4 5 efp vaaaT kdv ?，其中查手冊可得： 0d =250mm， 33 T=，粗加工時 pa =5，精加工時 pa =3， z=10， fa =， ea =150， vk =，所以，粗加工時的切削速度 v= m/s,精加工時的切削速度 v= m/s。 2） 精加工時，切削速度 v= m/s，主軸轉(zhuǎn)速 n=300m/s，進(jìn)給量 f=，pa =3mm，機(jī)動時間 2tj =，輔助時間 2ft =。ZvfKLZt rsbj 1000?, 10??? MDlL 。 2） 精銑時：被切削層長度 l =650mm， 刀具切入長度 1l =D=250mm，刀具切出長度 2l 取 2mm， 進(jìn)給量 znav ff ?? =?10?225=，取 mf = fv =，走刀次數(shù)為 1，所以機(jī)動時間mj flllt 212 ??? m 9 2 22 5 06 5 0 ???? ，查表得銑削的輔助時間2ft =。 加工工藝過程的擬定 經(jīng)過上述問題的分析、研究、評比和估算以后，我們將主軸箱箱體的加工工藝過程擬定如下表 : 29 表 2 加工工藝過程表 序號 工序名稱 工序內(nèi)容及要求 基面 設(shè)備 1 鑄造 2 熱處理 人工時效，消除內(nèi)應(yīng)力 3 上底漆 4 劃線 （ 1） 按圖樣外形尺寸及軸孔位置劃出 IV 孔中心線 （ 2） 劃出 B、 D、 E、 F 各面加工線及找正線 （ 3） 根據(jù)內(nèi)部軸承擋位置及內(nèi)腔壁劃出 A、 C 兩面加工線及找正線 主軸孔軸線