【正文】 劃線平板 5 銑頂面 粗銑 B面，精銑 B面（粗銑至 374mm，留余量 1mm，精銑至 373mm） 以 F 面為安裝基準面，找正中心線墊平 端面銑床 6 銑側(cè)面 粗銑 F、 G面，精銑 F、 G 面（粗銑至486mm，余量 1mm，精銑至 485mm） 以 B 面為安裝基準面，找正中心線 立式銑床 7 銑定位面 粗銑 D、 E 面，精銑 D、 E 面（粗銑 D面至 ，留余量 1mm，精銑至；粗銑 E面至 ，留余量 1mm，精銑至 ） 以 B 面為安裝基準面，找正中心線 8 磨定位面 粗磨 D面及 E面，精磨 D面及 E面（粗磨 D面至 ，留余量 ，精磨至 370mm；粗磨 E面至 ，留余量 ，精磨至 406mm） 以 B 面為安裝基準面，找正 E面 立 軸 圓 臺平面磨床 9 銑端面 粗銑 A、 C面，精銑 A、 C 面（粗銑至651mm，留余量 1mm，精銑至 650mm） D面和 E面 立式銑床 10 劃線 用樣板劃出 I、 II、 III、 IV軸孔加工線 劃線平板 11 鏜 C面孔 粗鏜 C 面 II、 III、 IV各孔，留雙邊余量 2mm，半精鏜留雙邊余量 ，最D面和 E面 臥式鏜床 30 后精鏜 C面各孔（ II孔粗鏜至Φ 60mm，留余量 2mm，半精鏜至Φ ，精鏜至Φ 62mm； III孔粗鏜至Φ 123mm，留余量 2mm，半精鏜至Φ ，精鏜至Φ 125mm； IV粗鏜至Φ 138mm，留余量 2mm，半精鏜至Φ ） 12 鏜 A面孔 粗鏜 A 面 I、 I I、 I I I、 IV 各孔，留雙邊余量 2mm，半精鏜留雙邊余量，最后精鏜 A 面各孔 (I 孔粗鏜至Φ 118mm，留余量 2mm，半精鏜至Φ，精鏜至Φ 120mm； II孔粗鏜至Φ 60mm，留余量 2mm，半精鏜至Φ，精鏜至Φ 62mm； III 孔粗鏜至Φ 123mm，留余量 2mm，半精鏜至Φ，精鏜至Φ 125mm； IV粗鏜至Φ 138mm，留余量 2mm，半精鏜至Φ) D面和 E面 臥式鏜床 13 涂漆 14 自然時效 15 鉆擴鉸 A面孔 鉆擴鉸 A面 V、 VI、 VII、 VIII各孔 (V孔鉆至Φ ，擴至Φ ，鉸至Φ 52mm； VI孔鉆至Φ 55mm，擴至Φ59mm，鉸至Φ 60mm。孔系加工決定采用粗鏜 半精鏜 精鏜方案，由于主軸孔的加工精度和表面粗糙度的要求比其余軸孔還要高，所以決定用粗鏜 半精鏜 精鏜 浮動鏜方案，即以浮動鏜作為軸孔的終加工工序?，F(xiàn)若根據(jù)工廠生產(chǎn)經(jīng)驗和對上述兩種方案所需工藝成本的估算，采用第（ 1）中方案比較經(jīng)濟合理。這樣，定位基面與裝配基面（設(shè)計 27 基面）相重合，避免了基準不重合誤差；箱體的頂面開口向上，也便于在加工過程中測量孔徑，安裝、調(diào)整刀具和觀察加工情況。所有這些情況都說明孔系加工比較不容易達到精度，這就是主軸箱箱體加工中的關(guān)鍵。 （ 4）表面粗糙度 主軸孔的粗糙度 Ra≤ ，其余軸孔的粗糙度 Ra≤ ，裝配基面和定位表面的粗糙度 Ra≤ （刮研加工），其他平面的粗糙度 Ra≤ 。 6）Ⅳ軸軸孔的軸線對基準 D 的平行度公差為 。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。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。 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主軸箱與床身的穩(wěn)定，保證主軸箱在車床上的位置。 (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。然后依次點擊 GUI Main Menu Solution SolveCurrent LS開始求解。 (3)Number of Modes to Extract：機床結(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)。如長度單位是米，輸入的壓強單位不能是 N／ mm2。 12 (2)定義材料特性 ANSYS中的所有分析都需要輸入材料屬性。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)格進行網(wǎng)格劃分之前，必須定義合適的單元屬性。 （ 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。 對于有支撐約束的結(jié)構(gòu)，對 K和 M進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： ? ?nii ,2,1 ??? ?? (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。 將式 （ 3）對時間求一階、二階導(dǎo)數(shù)，得： ? ? jwtqejw??? (4) ? ? jw tjw t qewqejw 22 ?????? (5) 將（ 3）式和（ 5）式代入（ 2）式中得： ? ? 02 ??? jw tjw t K q eqewM (6) 即 :? ? 02 ?? qMwK (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。 對于一個多自由度系統(tǒng)，它的運動微分方程為 : ? ? ? ? ? ? ? ?tftKxtxCtxM ??? ??? xxx 、 ??? ， M 為 質(zhì)量矩陣， C 為 阻尼矩陣， K 為 剛度矩陣。 （ 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。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。 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。 由于機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，它不但會嚴重影響車床的加工精度，進而導(dǎo)致零件的加工質(zhì)量下降，而且還浪費工時，帶來經(jīng)濟損失。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。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。 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)并對其進行改善。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 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。與此同時還增強了可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能。 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：同樣的高精度機床，拆卸之后再裝配回去卻達不到之前的加工精度了。 （ 4） 對箱體的薄弱環(huán)節(jié)進行優(yōu)化 ，通過改進箱體局部結(jié)構(gòu)或者尺寸以達到改 善箱體振動特性的目的，對改進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。 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)。 和 q分別稱為廣義特征值和廣義特征向量。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。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。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。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。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。 施加邊界條件并求解 14 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。 (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。 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。 改進后結(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 22 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 23 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： 優(yōu)化前箱體各階總變形中最大變形為 ，優(yōu)化后箱體各階總變形中最大變形為 ，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 。其尺寸精度公差為 6級，其余軸孔為標(biāo)準公差 67級。 2） D 軸軸孔的軸線對基準 C 的平行度公差為 ；對基準 H 的平行度公 差為 。 9）Ⅵ軸軸孔的軸線對基準 N 的平行度公差為 。只是由于要求盡可能減少裝配時的刮研勞動量，因此對平面加工的精度和粗糙度要求較高。這種方法獲得的毛坯精度較低，尤其是孔的形狀精度和位置精度。每加工一 個工件，吊模就要裝拆一次。 3）保證箱體內(nèi)壁與裝配時的裝入零件（主要是齒輪）有足夠的間隙。浮動鏜刀鏜高精度孔比用鉸刀鉸孔和單刃鏜刀鏜孔都有利于保證高尺寸精度和低表面粗糙度，所以浮動鏜是機床 制造廠用的較多的一種方法，即把浮動鏜刀塊安裝在鏜桿 的長方形孔中，不作緊固，使它能在長方形孔中浮動 ，鏜刀塊就在鏜桿的方孔中按孔的加工余量自動定心，并進行切削和生產(chǎn)擠壓作用。 VIII 孔鉆至Φ 23mm，擴至Φ，鉸至Φ 25mm） D面、 E面、 C面 立式鉆床 17 鉆擴鉸 F面 鉆擴鉸 F面 IX、 X、 XI、 XII各孔（ IX D面、 E面、 C面 立式鉆床 31 孔 孔鉆至Φ 36mm，擴至Φ ，鉸至Φ 38mm； X 孔鉆至Φ 23mm，擴至Φ，鉸至Φ 25mm； XI 孔鉆至Φ23mm，擴至Φ ，鉸至Φ 25mm；XII孔鉆至Φ 38mm，擴至Φ ，鉸至Φ 40mm） 18 浮動鏜 用浮動鏜刀塊精鏜主軸孔 IV（ 鏜至Φ140mm，每次進給 ，共 5） D面、 E面、 C面 臥式鏜床 19 鉆 螺紋 孔 鉆底面凸臺處兩螺紋孔（選用Φ 的麻花鉆鉆孔，再用絲錐攻絲） 立式鉆床 20 去毛刺 倒棱、去毛刺 鉗工臺 21 檢驗 按零件圖要求進行最終檢查 檢驗平板 22 涂油 除銹斑、清洗上油 23 入庫 加工余量的確定 平面采用單邊余量，孔采用雙邊余量。 2） 精加工時，切削速度 v= m/s，主軸轉(zhuǎn)速 n=235m/s，進給量 f=，pa =3mm，機動時間 2tj =，輔助時間 2ft =。 所以總工時 m i ????????? ffjj ttttt 銑端面 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，計算可得， 1）粗加工時，切削速度 v= m/s，主軸轉(zhuǎn)速 n=190m/s，進給量 f=1mm，