【正文】 析結果(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，,而車床主軸轉速范圍在361400r/min，根據(jù)主軸轉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，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DOF處指定了一個非零位移約束，則以零位移約束替代DOF處的設置。具體步驟是：GUI Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool,選中Smart Size，將數(shù)值設為6，點擊Mesh，選擇Pick all，進行智能劃分。本課題中的主軸箱設計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。針對不同的結構模型，需要選擇不同的單元類型，ANSYS的單元類型有：實體單元、梁／管單元、殼／膜彈元、桿／索單元、彈簧單元、接觸單元、表面效應單元、質量單元、超單元等。 C6150主軸箱結構有限元模態(tài)分析 建立模型（1） 運用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，拉伸出主軸箱實體2）以主軸箱實體上表面為基準面畫草圖，拉伸切除得到主軸箱殼體3）以殼體內底面為基準畫草圖，拉伸得到箱體內支撐板4）以箱體各側面為基準面畫草圖，拉伸切除得到各側面主軸孔5）畫出底座兩個螺紋孔并對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圖形導入ANSYS中 1）先在solidworks中建立模型，檢查無誤后將當前模型另存為 *.x_t格式，即保存類型選擇Parasolid(*.x_t)。在車床的主軸箱結構優(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就是結構的固有頻率，而留就給出了相應的振型。模態(tài)分析反應了結構的固有振動特性，與施加的外載荷無關。（5）對優(yōu)化后的主軸箱進行加工工藝設計，主要包括零件圖的分析、選擇定位基準、擬定工藝路線、計算切削用量和填寫加工工藝卡等。 現(xiàn)實意義通過模態(tài)分析，可以得到箱體的振動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)都建立了對用戶非常友好的人機交換界面，使用戶能以可視圖形方式直觀快速地進行網(wǎng)格自動劃分，生成有限元分析所需資料，并按要求將大量的計算結果整理成變形圖、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)分析技術開始于20世紀30年代，經過70多年的發(fā)展，模態(tài)分析已經成為振動工程中一個重要分支。在設計過程中通過分析箱體的計算結果可知該主軸箱的各階振型主要表現(xiàn)為擺動和扭轉，會影響車床工作的穩(wěn)定性和安全性，通過優(yōu)化設計，可使箱體的振動性得到改善。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。隨著科學技術與社會需求的飛速發(fā)展，對機床加工質量、切削效率和自動化程度的要求也越來越高，機床的動態(tài)特性就成為機床設計與制造中一項很重要的問題。利用實驗模態(tài)分析結果檢驗、補充和修正原始有限元動力分析模型；利用修正后的有限元模型計算結構的動態(tài)特性和響應，并進行結構優(yōu)化設計。但是，實際上它的動力特性主要由少數(shù)一些低階模態(tài)決定，只要應用這些模態(tài)就可以相當精確地表達它的動力特性。 主要研究內容（1）研究C6150車床的整體構造，特別是對車床中的一個基礎件主軸箱的研究，主要是關于主軸箱與其相接觸的各零部件的結構形式，如主軸箱內的各主軸以及坐落在其上的掛輪箱，對C6150主軸箱部分進行受力分析以及主軸箱與床身和主軸的相對位置的確定。通過對單自由度系統(tǒng)的分析可知，它有一個固有頻率和固有振型。由于彈性體的自由振動總可以分解為一系列簡諧振動的疊加，為了求解結構自由振動的固有頻率及相應的振型，考慮如下簡諧振動的解，即假設 (3)式中：q節(jié)點位移的振幅矩陣，它與時間無關； 固有頻率； t時間。如果將式(9)展開，則得λ的n次代數(shù)方程，由此可解出n個廣義特征值。具體方法是：再次進入ANSYS求解器，激活擴展處理及相關選項，指定載荷步選項，開始擴展處理，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, 鼠標右鍵 選擇 Replot重生，即可看到實體了。由于主軸箱結構為空間不規(guī)則幾何體，故選用SOLIDl86單元。(3)單位的選擇 對于ANSYS中的單位問題，除了磁場分析外，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)蘭索斯法。具體步驟是：GUI MainMenuSolutionDefineLoadsApplystructuraldisplacementOn Areas,選擇箱體底面兩個螺栓的內表面，選擇DOF全約束，點擊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)為擺動和扭轉，擺動大都發(fā)生在低階低頻振型下，而扭轉大都發(fā)生在高階高頻振型下，而箱體的扭轉則會引起箱體的變形，進而引起主軸等箱體內其它軸的變形，同時由箱體引起的振動會導致加工表面的振動，使表面粗糙度增大；而且箱體的變形還會使工件和刀具之間產生相對位移，影響正常的運動軌跡，這樣就影響了零件的加工表面質量和加工精度，另外箱體扭轉引起的變形還會降低刀具的使用壽命。8到15階表現(xiàn)出箱體底面、側面和側面都有劇烈的振動，可以通過增加箱體側面等的厚度來提高，或者在箱體內加內筋，以提高箱體的剛度。主軸箱體上有與床身導軌面結合的平面、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影響軸上的齒輪的嚙合質量。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到精度，這就是主軸箱箱體加工中的關鍵。這樣，定位基面與裝配基面（設計基面）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、調整刀具和觀察加工情況。現(xiàn)若根據(jù)工廠生產經驗和對上述兩種方案所需工藝成本的估算，采用第（1）中方案比較經濟合理。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。 加工工藝過程的擬定經過上述問題的分析、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:表2 加工工藝過程表序號工序名稱工序內容及要求基面設備1鑄造2熱處理人工時效，消除內應力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)內部軸承擋位置及內腔壁劃出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面為安裝基準面，找正中心線墊平端面銑床6銑側面粗銑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（，留余量1mm，；，留余量1mm，）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（，精磨至370mm；，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，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自然時效15鉆擴鉸A面孔鉆擴鉸A面V、VI、VII、VIII各孔(，鉸至Φ52mm；VI孔鉆至Φ55mm，擴至Φ59mm，鉸至Φ60mm。2）精銑時：被切削層長度=650mm，刀具切入長度=D=250mm，刀具切出長度取2mm，進給量==，取==，走刀次數(shù)為1，所以機動時間，查表得銑削的輔助時間=。,。所以可得鏜孔II總工時 (2)鏜III孔機床：T68臥式鏜床刀具：硬質合金鏜刀，鏜刀材料YT51）粗鏜時，切削深度，毛坯孔徑，我們取刀桿伸出長度為200mm，又知切削深度為2mm，切削速度v=，由此可得主軸轉速，取為500，所以實際的切削速度，工作臺每分鐘進給量，被切削層長度，刀具切入長度，刀具切出長度，所以機動時間，輔助時間。3）精鏜時，進給量f=，切削速度v=，主軸轉速n=600r/min。3）精鏜時，進給量f=，切削速度v=，主軸轉速n=500r/min。3)鉸孔至φ52mm刀具：套式機用鉸刀，查《機械加工工藝手冊》得進給量f=，切削速度v=，所以刀具轉速,取88，所以實際切削速度， , ,取，助時間。2）刀具：套式擴孔鉆，查《機械加工工藝手冊》進給量f=，切削速度v=，故具轉速,取530，故際的切削速度，,取。所以VIII孔加工總工時所以工序15的總工時 鉆擴鉸C面孔根據(jù)工序15相同的計算方法，通過查《機械加工工藝手冊》可得：（1）VII孔加工時，1）鉆Φ30mm孔時進給量f=，主軸轉速n=750r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=2）擴孔時進給量f=，主軸轉速n=530r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=3）鉸孔時進給量f=，主軸轉速n=88r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=；所以VII孔加工的總工時 （2）VIII孔加工時，1）鉆Φ23mm孔時進給量f=，主軸轉速n=430r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=2）擴孔時進給量f=，主軸轉速n=1000r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=3）鉸孔時進給量f=，主軸轉速n=140r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=；所以VIII孔加工的總工時 所以，工序16的總工時 鉆擴鉸F面孔根據(jù)工序15相同的計算方法，通過查《機械加工工藝手冊》可得：（1）IX孔加工時， 1）鉆Φ36mm孔時進給量f=，主軸轉速n=750r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=2）擴孔時進給量f=，主軸轉速n=750r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=3）鉸孔時進給量f=，主軸轉速n=88r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=； 所以IX孔加工的總工時 （2）X孔加工時，1）鉆Φ23mm孔時進給量f=，主軸轉速n=275r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=2）擴孔時進給量f=，主軸轉速n=1000r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=3）鉸孔時進給量f=，主軸轉速n=140r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=；所以X孔加工的總工時 （3）XI孔加工時，1）鉆Φ23mm孔時進給量f=，主軸轉速n=275r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=2）擴孔時進給量f=，主軸轉速n=1000r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=3）鉸孔時進給量f=，主軸轉速n=140r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=；所以XI孔加工的總工時 （4）XII孔加工時，1）鉆Φ38mm孔時進給量f=，主軸轉速n=275r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=2）擴孔時進給量f=，主軸轉速n=530r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=3）鉸孔時進給量f=，主軸轉速n=88r/min，切削速度v=，機動時間=，輔助時間=；所以XII孔加工的總工時 所以，工序17總工時 浮動鏜根據(jù)工序11相同的計算方法，通過查《機械加工工藝手冊》可得：，f= ，切削速度v=5m/s=300m/min，主軸轉速，切削速度，機動時間，輔助時間。通過對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)，并以此分析結果作為結構改進或優(yōu)化設計的依據(jù)。在這次畢業(yè)設計中，首先我要感謝在整個過程中細心幫助我的指導老師魏浩征老師的