【正文】 析結(jié)果(1) 從前15階固有頻率可以看出，前三階頻率都非常小，均在100以下，,而車床主軸轉(zhuǎn)速范圍在361400r/min，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速及主軸上齒輪的最大齒數(shù)為28，,所以在12階模態(tài)以下時(shí)，車床主軸可能與箱體發(fā)生共振。在典型的模態(tài)分析中唯一有效的“載荷”是零位移約束，如果在某個(gè)DOF處指定了一個(gè)非零位移約束，則以零位移約束替代DOF處的設(shè)置。具體步驟是：GUI Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool,選中Smart Size，將數(shù)值設(shè)為6，點(diǎn)擊Mesh，選擇Pick all，進(jìn)行智能劃分。本課題中的主軸箱設(shè)計(jì)所使用的材料是灰鐵HT200，其參數(shù)如下：彈性模量：E=1．3e11 N／m2。針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)模型，需要選擇不同的單元類型，ANSYS的單元類型有：實(shí)體單元、梁／管單元、殼／膜彈元、桿／索單元、彈簧單元、接觸單元、表面效應(yīng)單元、質(zhì)量單元、超單元等。 C6150主軸箱結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析 建立模型（1） 運(yùn)用solidworks建立主軸箱體三維立體圖主軸箱體的三視圖如下圖所示：圖3 主軸箱體三視圖運(yùn)用solidworks建立三維立體圖的步驟是：1）畫出草圖，拉伸出主軸箱實(shí)體2）以主軸箱實(shí)體上表面為基準(zhǔn)面畫草圖，拉伸切除得到主軸箱殼體3）以殼體內(nèi)底面為基準(zhǔn)畫草圖，拉伸得到箱體內(nèi)支撐板4）以箱體各側(cè)面為基準(zhǔn)面畫草圖，拉伸切除得到各側(cè)面主軸孔5）畫出底座兩個(gè)螺紋孔并對(duì)主軸箱體倒角最后得到的主軸箱三維立體圖如下圖圖4 主軸箱三維立體圖（2） 將solidworks圖形導(dǎo)入ANSYS中 1）先在solidworks中建立模型，檢查無誤后將當(dāng)前模型另存為 *.x_t格式，即保存類型選擇Parasolid(*.x_t)。在車床的主軸箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究模態(tài)分析中必須指定彈性模量EX和密度DENS，而且非線性特性將被忽略。顯然，如此求得的w就是結(jié)構(gòu)的固有頻率，而留就給出了相應(yīng)的振型。模態(tài)分析反應(yīng)了結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，與施加的外載荷無關(guān)。（5）對(duì)優(yōu)化后的主軸箱進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)，主要包括零件圖的分析、選擇定位基準(zhǔn)、擬定工藝路線、計(jì)算切削用量和填寫加工工藝卡等。 現(xiàn)實(shí)意義通過模態(tài)分析，可以得到箱體的振動(dòng)情況并分析出箱體的薄弱環(huán)節(jié)，最后以此找到解決振動(dòng)和噪聲問題。目前幾乎所有的商業(yè)化有限元程序系統(tǒng)都建立了對(duì)用戶非常友好的人機(jī)交換界面，使用戶能以可視圖形方式直觀快速地進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)劃分，生成有限元分析所需資料，并按要求將大量的計(jì)算結(jié)果整理成變形圖、等值分布云圖，便于極值搜索和所需資料的列表輸出。模態(tài)分析技術(shù)開始于20世紀(jì)30年代，經(jīng)過70多年的發(fā)展，模態(tài)分析已經(jīng)成為振動(dòng)工程中一個(gè)重要分支。在設(shè)計(jì)過程中通過分析箱體的計(jì)算結(jié)果可知該主軸箱的各階振型主要表現(xiàn)為擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，會(huì)影響車床工作的穩(wěn)定性和安全性，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使箱體的振動(dòng)性得到改善。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)需求的飛速發(fā)展，對(duì)機(jī)床加工質(zhì)量、切削效率和自動(dòng)化程度的要求也越來越高，機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性就成為機(jī)床設(shè)計(jì)與制造中一項(xiàng)很重要的問題。利用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果檢驗(yàn)、補(bǔ)充和修正原始有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿Ｐ?；利用修正后的有限元模型?jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性和響應(yīng)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是，實(shí)際上它的動(dòng)力特性主要由少數(shù)一些低階模態(tài)決定，只要應(yīng)用這些模態(tài)就可以相當(dāng)精確地表達(dá)它的動(dòng)力特性。 主要研究?jī)?nèi)容（1）研究C6150車床的整體構(gòu)造，特別是對(duì)車床中的一個(gè)基礎(chǔ)件主軸箱的研究，主要是關(guān)于主軸箱與其相接觸的各零部件的結(jié)構(gòu)形式，如主軸箱內(nèi)的各主軸以及坐落在其上的掛輪箱，對(duì)C6150主軸箱部分進(jìn)行受力分析以及主軸箱與床身和主軸的相對(duì)位置的確定。通過對(duì)單自由度系統(tǒng)的分析可知，它有一個(gè)固有頻率和固有振型。由于彈性體的自由振動(dòng)總可以分解為一系列簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，為了求解結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的固有頻率及相應(yīng)的振型，考慮如下簡(jiǎn)諧振動(dòng)的解，即假設(shè) (3)式中：q節(jié)點(diǎn)位移的振幅矩陣，它與時(shí)間無關(guān)； 固有頻率； t時(shí)間。如果將式(9)展開，則得λ的n次代數(shù)方程，由此可解出n個(gè)廣義特征值。具體方法是：再次進(jìn)入ANSYS求解器，激活擴(kuò)展處理及相關(guān)選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開始擴(kuò)展處理，退出SOLUTION。4）現(xiàn)在看到的模型是 線框，PlotCtrls→Style→Solid Model Facets→下拉框中選擇 Normal Faceting→OK, 鼠標(biāo)右鍵 選擇 Replot重生，即可看到實(shí)體了。由于主軸箱結(jié)構(gòu)為空間不規(guī)則幾何體，故選用SOLIDl86單元。(3)單位的選擇 對(duì)于ANSYS中的單位問題，除了磁場(chǎng)分析外，可使用任意一種單位制，只要保證輸入的所有數(shù)據(jù)都是使用同一單位制里的單位就行。(2)Mode Extraction Method：選擇模態(tài)提取方法為Block Lanczosmethod(默認(rèn))蘭索斯法。具體步驟是：GUI MainMenuSolutionDefineLoadsApplystructuraldisplacementOn Areas,選擇箱體底面兩個(gè)螺栓的內(nèi)表面，選擇DOF全約束，點(diǎn)擊OK。(2) 通過各階振型圖可以發(fā)現(xiàn)，箱體的振型主要表現(xiàn)為擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，擺動(dòng)大都發(fā)生在低階低頻振型下，而扭轉(zhuǎn)大都發(fā)生在高階高頻振型下，而箱體的扭轉(zhuǎn)則會(huì)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(shí)由箱體引起的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致加工表面的振動(dòng)，使表面粗糙度增大；而且箱體的變形還會(huì)使工件和刀具之間產(chǎn)生相對(duì)位移，影響正常的運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣就影響了零件的加工表面質(zhì)量和加工精度，另外箱體扭轉(zhuǎn)引起的變形還會(huì)降低刀具的使用壽命。8到15階表現(xiàn)出箱體底面、側(cè)面和側(cè)面都有劇烈的振動(dòng)，可以通過增加箱體側(cè)面等的厚度來提高，或者在箱體內(nèi)加內(nèi)筋，以提高箱體的剛度。主軸箱體上有與床身導(dǎo)軌面結(jié)合的平面、裝手柄的平面及其他平面，以及一些孔系和端面。軸心線間的平行度誤差會(huì)影響軸上的齒輪的嚙合質(zhì)量。6）Ⅳ。 （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≤。所有這些情況都說明孔系加工比較不容易達(dá)到精度，這就是主軸箱箱體加工中的關(guān)鍵。這樣，定位基面與裝配基面（設(shè)計(jì)基面）相重合，避免了基準(zhǔn)不重合誤差；箱體的頂面開口向上，也便于在加工過程中測(cè)量孔徑，安裝、調(diào)整刀具和觀察加工情況?，F(xiàn)若根據(jù)工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)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(jì)合理?？紫导庸Q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(dòng)鏜方案，即以浮動(dòng)鏜作為軸孔的終加工工序。 加工工藝過程的擬定經(jīng)過上述問題的分析、研究、評(píng)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:表2 加工工藝過程表序號(hào)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(shí)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(zhǔn)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(zhǔn)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（，留余量1mm，；，留余量1mm，）以B面為安裝基準(zhǔn)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（，精磨至370mm；，精磨至406mm）以B面為安裝基準(zhǔn)面，找正E面立軸圓臺(tái)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，最后精鏜C面各孔（II孔粗鏜至Φ60mm，留余量2mm，精鏜至Φ62mm；III孔粗鏜至Φ123mm，留余量2mm，精鏜至Φ125mm；IV粗鏜至Φ138mm，留余量2mm，）D面和E面臥式鏜床12鏜A面孔粗鏜A面I、I I、I I I、IV各孔，留雙邊余量2mm，最后精鏜A面各孔(I孔粗鏜至Φ118mm，留余量2mm，精鏜至Φ120mm；II孔粗鏜至Φ60mm，留余量2mm，精鏜至Φ62mm；III孔粗鏜至Φ123mm，留余量2mm，精鏜至Φ125mm；IV粗鏜至Φ138mm，留余量2mm，)D面和E面臥式鏜床13涂漆14自然時(shí)效15鉆擴(kuò)鉸A面孔鉆擴(kuò)鉸A面V、VI、VII、VIII各孔(，鉸至Φ52mm；VI孔鉆至Φ55mm，擴(kuò)至Φ59mm，鉸至Φ60mm。2）精銑時(shí)：被切削層長(zhǎng)度=650mm，刀具切入長(zhǎng)度=D=250mm，刀具切出長(zhǎng)度取2mm，進(jìn)給量==，取==，走刀次數(shù)為1，所以機(jī)動(dòng)時(shí)間，查表得銑削的輔助時(shí)間=。,。所以可得鏜孔II總工時(shí) (2)鏜III孔機(jī)床：T68臥式鏜床刀具：硬質(zhì)合金鏜刀，鏜刀材料YT51）粗鏜時(shí)，切削深度，毛坯孔徑，我們?nèi)〉稐U伸出長(zhǎng)度為200mm，又知切削深度為2mm，切削速度v=，由此可得主軸轉(zhuǎn)速，取為500，所以實(shí)際的切削速度，工作臺(tái)每分鐘進(jìn)給量，被切削層長(zhǎng)度，刀具切入長(zhǎng)度，刀具切出長(zhǎng)度，所以機(jī)動(dòng)時(shí)間，輔助時(shí)間。3）精鏜時(shí)，進(jìn)給量f=，切削速度v=，主軸轉(zhuǎn)速n=600r/min。3）精鏜時(shí)，進(jìn)給量f=，切削速度v=，主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min。3)鉸孔至φ52mm刀具：套式機(jī)用鉸刀，查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》得進(jìn)給量f=，切削速度v=，所以刀具轉(zhuǎn)速,取88，所以實(shí)際切削速度， , ,取，助時(shí)間。2）刀具：套式擴(kuò)孔鉆，查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》進(jìn)給量f=，切削速度v=，故具轉(zhuǎn)速,取530，故際的切削速度，,取。所以VIII孔加工總工時(shí)所以工序15的總工時(shí) 鉆擴(kuò)鉸C面孔根據(jù)工序15相同的計(jì)算方法，通過查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》可得：（1）VII孔加工時(shí)，1）鉆Φ30mm孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=750r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=2）擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=530r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=3）鉸孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=88r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=；所以VII孔加工的總工時(shí) （2）VIII孔加工時(shí)，1）鉆Φ23mm孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=430r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=2）擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=3）鉸孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=140r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=；所以VIII孔加工的總工時(shí) 所以，工序16的總工時(shí) 鉆擴(kuò)鉸F面孔根據(jù)工序15相同的計(jì)算方法，通過查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》可得：（1）IX孔加工時(shí)， 1）鉆Φ36mm孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=750r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=2）擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=750r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=3）鉸孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=88r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=； 所以IX孔加工的總工時(shí) （2）X孔加工時(shí)，1）鉆Φ23mm孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=275r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=2）擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=3）鉸孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=140r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=；所以X孔加工的總工時(shí) （3）XI孔加工時(shí)，1）鉆Φ23mm孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=275r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=2）擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=3）鉸孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=140r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=；所以XI孔加工的總工時(shí) （4）XII孔加工時(shí)，1）鉆Φ38mm孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=275r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=2）擴(kuò)孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=530r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=3）鉸孔時(shí)進(jìn)給量f=，主軸轉(zhuǎn)速n=88r/min，切削速度v=，機(jī)動(dòng)時(shí)間=，輔助時(shí)間=；所以XII孔加工的總工時(shí) 所以，工序17總工時(shí) 浮動(dòng)鏜根據(jù)工序11相同的計(jì)算方法，通過查《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》可得：，f= ，切削速度v=5m/s=300m/min，主軸轉(zhuǎn)速，切削速度，機(jī)動(dòng)時(shí)間，輔助時(shí)間。通過對(duì)各階固有頻率和固有振型的分析，找到箱體的薄弱環(huán)節(jié)，并以此分析結(jié)果作為結(jié)構(gòu)改進(jìn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先我要感謝在整個(gè)過程中細(xì)心幫助我的指導(dǎo)老師魏浩征老師的