【導(dǎo)讀】XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）。機(jī)床床身是一個重要的結(jié)構(gòu)大件,它起著支撐工件和主軸箱、尾架等關(guān)鍵。度,關(guān)系到機(jī)床否能安全可靠的工作以及整機(jī)的使用壽命,了解床身結(jié)構(gòu)本。身具有的剛度特性即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型,將避免在使用中因共振因素造。成不必要的損失,因此有必要對其進(jìn)行詳細(xì)的動態(tài)分析。目前,對機(jī)床床身動態(tài)性能研究的方法主要是模態(tài)分析法,模態(tài)分析研。究的主要內(nèi)容是確定機(jī)床床身的振動特性即固有頻率和主振型,它們是承受。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,使它滿足機(jī)床對加工質(zhì)量和。加工精度的要求。數(shù)控插齒機(jī)主要加工內(nèi)外直齒圓柱齒輪及各種形狀的直齒。機(jī)床主要規(guī)格參數(shù)[1]. 最大加工直徑(毫米)：外齒250，內(nèi)齒120+刀具直徑(米). 插齒刀刀軸軸線至工作臺軸線距離：-60-220. 刀具安裝面至工作臺面距離(毫米)：160-230. 插齒刀每分鐘沖程數(shù)：250-900. 插曲刀每往復(fù)沖程圓周進(jìn)給量(毫米)：刀具直

　　

【正文】 主要產(chǎn)生在機(jī)床床身的固定板上，影響不大，可通過添加筋板來增大剛度。 圖 417 五階振型 第五階振型中，振動依舊主要集中在床身底部固定板部分，當(dāng)頻率較低時，工作臺最大的振幅達(dá)為 ,影響不大，可通過添加筋板來增 大床身底座的剛度。 418 六階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 34 頁 第六階振型中，振動主要集中在了刀頭和床身部分，當(dāng)頻率為 時，工作臺最大的振幅達(dá)到 。 圖 419七階振型 第七階振型中，振動主要集中在了刀頭和床身底部部分，當(dāng)頻率為 時，床身底座固定板最大振幅達(dá)到 。 圖 420 八階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 35 頁 第八階振型中，振動主要集中在了立柱 和刀頭部分，當(dāng)頻率為 時，刀頭最大的振幅達(dá)到 ，解決方案為增加立柱的剛度。 圖 421 九階振型 第九階振型中，振動主要集中在了刀頭部分，頻率為 時，工作臺最大的振幅達(dá)到 。 圖 422 十階振型 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 36 頁 第十階振型中，振動主要集中在了床身部分，當(dāng)頻率為 時，工作臺最大的振幅達(dá)到 。解決方案為：增加床身內(nèi)部筋板強(qiáng)度，提高床身壁的剛度。 結(jié)論： 由固有頻率可通過公式 n=60*f(n 為轉(zhuǎn)速 ,單位 rpm,f 為頻率 ,單位 Hz) ,得出該機(jī)床的切削臨界轉(zhuǎn)速的范圍如下表 : 表 42 臨界切削速度 階次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 頻率 0 0 0 0 0 0 103 129 196 轉(zhuǎn)速 0 0 0 0 0 0 5550 6180 7740 11760 從以上的計算過程可以看出 , 用 ANSYS 對機(jī)床床身進(jìn)行模態(tài)分析 , 方法簡便 , 計算快捷 , 得到的振型形象直觀、易于觀察。 從以上十階模態(tài)分析中可以得出，插齒機(jī)的容易振動部分主要集中在床身、立柱和刀頭部分 ，所以在機(jī)床設(shè)計中要充分考慮以上部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。 采用三維設(shè)計軟件 Pro/ENGINEER 建立插齒機(jī)的實體模型 , 再導(dǎo)入 ANSYS 有限元軟件進(jìn)行分析 ,充分利用三維設(shè)計軟件建模方便和易于修改的特點 , 大大簡化了建立三維有限元模型的繁瑣過程。在準(zhǔn)確建立實體模型的基礎(chǔ)上 , 再用有限元分析軟件計算得出結(jié)果 , 為數(shù)控插齒機(jī)的改造提供了可靠的依據(jù)。目前的插齒機(jī)床在向高速度、高剛度的方向發(fā)展 , 要使機(jī)床安全可靠地工作 , 保證所加工零件的高精度 , 機(jī)床就必須具有良好的動態(tài)性能。采用 ANSYS 對機(jī)床床身進(jìn)行模態(tài)分 析 , 從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)問題 , 及時消除隱患 , 既可節(jié)省投資 , 又能縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。利用有限元分析的方法 , 解決多種多樣的工程技術(shù)問題是工程設(shè)計中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。在機(jī)床床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計中 , 在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下應(yīng)盡可能地減輕重量 , 進(jìn)行必要的優(yōu)化 , 而 ANSYS 分析軟件可以幫助設(shè)計人員有效解決設(shè)計問題 , 并可以進(jìn)行多種設(shè)計方案比較 ,最終得出優(yōu)化設(shè)計方案。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 37 頁 第五章 機(jī)床優(yōu)化分析 機(jī)床振動使工件和刀具的相對位置和相對速度發(fā)生變化 ,使得切削過程惡化 ,限制了加工精度和切削效率。而機(jī)床的振動按其產(chǎn)生的原 因可以分為自由振動、受迫振動和自激振動 ,自由振動的頻率是系統(tǒng)的固有頻率 ,受迫振動的頻率是激振頻率。自激振動的頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率。如果機(jī)床的固有頻率大于機(jī)床的工作頻率 ,就可以避免機(jī)床發(fā)生共振。因此研究機(jī)床的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性即機(jī)床的固有頻率和振型是分析評價機(jī)床動態(tài)性能的重要指標(biāo)。模態(tài)分析主要是用于確定結(jié)構(gòu)的振動特性 :固有頻率和振型 [16]。 整機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 對整機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在考慮其基本輪廓尺寸不變的前提下 ,在 Pro /E軟件中修改結(jié)構(gòu) , 再用相同的方法導(dǎo)入 ANSYS 軟件中建立有限元 模型并進(jìn)行模態(tài)分析 ,分別得到修改后的固有頻率和振型 , 比較結(jié)構(gòu)修改前后的固有頻率值和振型圖 , 最終得到較合理的結(jié)構(gòu)方案。分析結(jié)果能為實現(xiàn)插齒機(jī)床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)提供必要的依據(jù)。 修改后的床身結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 51 床身結(jié)構(gòu)圖 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 38 頁 第六章 結(jié)論 分析結(jié)果誤差原因 1. 計算時結(jié)構(gòu)被簡化 , 部分結(jié)果被省略。 2. 實際部件的非線性被簡化為理想的線性結(jié)構(gòu)。 3. 計算中對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定精度下的四舍五入 ,也會對結(jié)果產(chǎn)生影響。 4. 如果需要進(jìn)一步提高精度降低誤差 , 則必須提高結(jié)構(gòu)簡 化的合理性 , 并注意單元的劃分和選取。 5 高階固有振型要比低階對機(jī)床的振動影響大 , 固有頻率越高其振動越劇烈對結(jié)構(gòu)影響就越大 , 因此高階振型對機(jī)床各部件的動態(tài)特性起決定作用。故應(yīng)避免外界載荷頻率過高。 6. 對于立柱等彎曲明顯的部位可以考慮通過加上加強(qiáng)筋來減少這種振動。 機(jī)床振動的控制 1. 對強(qiáng)迫振動的控制： 將振源與機(jī)床隔離。設(shè)置隔振裝置，將振源所產(chǎn)生的振動由隔振裝置大部分吸收，減少振源對加工的干擾。挖防振溝，將機(jī)床安置在防振地基上，設(shè)置彈簧或橡皮墊減少振動。 減少激振力。如精 確平衡回轉(zhuǎn)零部件，將電動機(jī)轉(zhuǎn)子、皮帶輪和卡盤作靜平衡和動平衡試驗，提高軸承裝配精度。 提高機(jī)床傳動的制造精度。如將變速操縱機(jī)構(gòu)中齒輪嚙合的制造精度提高，可以減少因齒輪嚙合傳動而引起的振動。 提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼。機(jī)床系統(tǒng)剛度增加，對振動的抵抗能力提高，亦可減少振動。 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有頻率，避免共振現(xiàn)象發(fā)生。 采用減振器和阻尼器。 2. 對自激振動的控制： 合理選擇與切削有關(guān)的系數(shù)； 合理選擇刀具的幾何參數(shù)； XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 39 頁 合理安排刀尖高低、潤滑； 提高工藝系 統(tǒng)的抗振性。 模態(tài)分析優(yōu)勢 1. 通過實際應(yīng)用可以看出 , 使用 ANSYS 模態(tài)分析可以將繁雜的分析過程簡化 , 概念清晰 , 計算方便 , 在工程中有較廣泛的應(yīng)用。 2. 軟件分析結(jié)果表明 , 該機(jī)床在工作中應(yīng)該注意控制轉(zhuǎn)速以避開低階振型可能帶來的共振現(xiàn)象。 3. 單元的選取和劃分是影響計算精度的主要原因。另外 , 對模型的簡化也是造成振型誤差的重要原因。所以 , 在進(jìn)行實際計算時 , 應(yīng)該充分注意 , 尤其是部件結(jié)合處的模型簡化處理要盡量做到與實際接近 , 以降低計算誤差。 通過對機(jī)床各主要組成部件的有限元模態(tài)分析 ,分別得到它們的各階固有頻率和振型 ,并且對相對薄弱部件立柱和床身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn) ,改善它們的結(jié)構(gòu)剛度 ,提高其固有頻率。通過在 PRO/E 里對原結(jié)構(gòu)的不斷修改 ,以及在 ANSYS里的分析 ,最終得到比較合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案 ,并且在提高薄弱部件固有頻率的基礎(chǔ)上使得各主要部件的固有頻率大于機(jī)床的最大共振頻率 ,避免發(fā)生共振 ,保證了機(jī)床的加工精度。 XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 40 頁 致 謝 參考文獻(xiàn) 1. 柴寶連 .YK5120 數(shù)控插齒機(jī)設(shè)計與研究 [D].天津 :天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 , 2021. 2. 王慶五 . 機(jī)械設(shè)計應(yīng)用實例 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. 3. 楊明亞 ,楊濤 ,陰紅等 .有限元分析軟件在機(jī)床床身模態(tài)分析中的應(yīng)用 [J].機(jī) 電工程技術(shù) ,2021,第 36 卷第 01期 :2527. 4. 岳榮剛 ,許小榮 ,朱敬 .Pro/Engineer Wildfire 機(jī)械設(shè)計 100例 [M].北 京 :電子工業(yè)出版社 ,2021. 5. 湖南大學(xué) ANSYS 講義 [Z].湖南：湖南大學(xué)土木工程學(xué)院 ,2021. 6. 邵才 .插齒技術(shù) [M].北京 :機(jī)械工 業(yè)出版社 ,1987. 7. 朱玉 .斜齒數(shù)控插齒機(jī)插削機(jī)構(gòu)的設(shè)計及運(yùn)動學(xué)分析 [J].制造技術(shù)與機(jī)床 , XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 41 頁 2021,第 12 期 :8588. 8. 糕嫻靜 ,高連生 .高速插齒機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及運(yùn)動仿真 [J].機(jī)械設(shè) 計與制造 ,2021,第 4 期： 4042. 9. 博創(chuàng)設(shè)計坊 .Pro/ENGINEER 機(jī)械設(shè)計實例教程 [M].北京 :清華 大學(xué)出版社 ,2021. . 經(jīng)典產(chǎn)品基礎(chǔ)教程和實例詳解 [M].北京 :中國水利水 電出版社 ,2021. ,蔣迪 .ANSYS 工程結(jié)構(gòu)實例分析 [M].北京 :中國鐵道出版社 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