【導(dǎo)讀】操控設(shè)計(jì)等方面得到進(jìn)一步鍛煉和提高，掌握符合潮流的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。，C軸回轉(zhuǎn)角度為±360?。五軸聯(lián)動(dòng)銑床的定位精度為。,全行程控制在，重復(fù)定位精度為。案的選取以及對(duì)電機(jī)、減速器和聯(lián)軸器的選取，并對(duì)行校核與有限元的分析，對(duì)必要零部件進(jìn)行振動(dòng)分析。第1—2周：搜集資料，熟悉課題，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題；完成裝配圖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及相關(guān)的計(jì)算；撰寫(xiě)中期報(bào)告，中期檢查；第9——14周：完成整機(jī)工作過(guò)程的動(dòng)畫(huà)仿真設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)中可能存在的不足，第15周：撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)；準(zhǔn)備答辯，答辯。數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)的母機(jī)，是保證我國(guó)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略裝備。因此，研究高速多軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)及其理論，更好地發(fā)揮高。速多軸機(jī)床的性能和提高機(jī)床的效率就成了普遍關(guān)注的問(wèn)題。計(jì)采用五軸聯(lián)動(dòng)龍門式銑床。主要運(yùn)用Solidworks三維軟件對(duì)機(jī)床主要零部件。最后，利用其中的COSMOSWorks軟件完成機(jī)床結(jié)構(gòu)的有限元分析。此來(lái)評(píng)價(jià)整機(jī)及各零部件的動(dòng)態(tài)特性。做也請(qǐng)加上述QQ,代做免費(fèi)講解。

　　

【正文】 取油溫 t=70?C，周圍空氣溫度為 =20?C,設(shè)通風(fēng)良好，取散熱系數(shù)為，傳動(dòng)效率為 ?=，則： A = == 178。 若箱體散熱面積不足此數(shù)，則需加散熱片、裝置風(fēng)扇或采取其他散熱冷卻方式，本設(shè)計(jì)中采取在箱體設(shè)計(jì)中便加入散熱片結(jié)構(gòu)，如下圖 4— 5 所示： 圖 4— 5 蝸桿副減速器外殼體 ⑺ 選擇精度等級(jí)和側(cè)隙種類 因?yàn)檫@是一般動(dòng)力傳動(dòng)，但考慮到對(duì)精度的要求較高且 3m/s，故而取 4 級(jí)精度，側(cè)隙種類代號(hào)為 C，即傳動(dòng) 4C GB/T 10089— 1988【 17】 。 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了此次設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)部分即五軸聯(lián)動(dòng)銑頭的結(jié)哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)校核，五軸頭是實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)的關(guān)鍵所在，也是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在大量借鑒參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，最終確定了本次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。 第 5 章 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)仿真及其有限元分析 引言 建模與仿真是數(shù)字化制造的最關(guān)鍵技術(shù)。建模與仿真方法的優(yōu)點(diǎn)是減少硬件原型，提高新產(chǎn)品的上市速度，有效地優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)，與試制測(cè)試方法相比降低了資源消耗與成本。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)地并行地模擬產(chǎn)品未來(lái)制造過(guò)程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，充分利用其運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)分析研究產(chǎn)品的可裝配性、可制造性和運(yùn)動(dòng)特性。在產(chǎn)品的實(shí)際加工之前對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，使其在投入生產(chǎn)制造時(shí)性能達(dá)到最優(yōu) 【 18】 。 機(jī)床的三維實(shí)體建模及仿真 Solidworks 軟件簡(jiǎn)介 目前，三維建模軟件的種類很多，每種軟件都各有特點(diǎn)，經(jīng)分 析比較本課題選擇了機(jī)床行業(yè)較為常用的 SolidWorks 軟件。 SolidWorks在分析、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域采用全面開(kāi)放、戰(zhàn)略聯(lián)合的策略，并配有黃金合作伙伴的優(yōu)選機(jī)制，能夠?qū)⒏鱾€(gè)專業(yè)領(lǐng)域中的優(yōu)秀應(yīng)用軟件直接集成到 SolidWorks 統(tǒng)一的界面下。由于 SolidWorks 是Windows 原創(chuàng)的三維設(shè)計(jì)軟件，充分利用了 Windows 的底層技術(shù)，因此集成其他 Windows 原創(chuàng)軟件就一蹴而就。所以在不脫離SolidWorks 工作環(huán)境的情況下可以直接啟動(dòng)各個(gè)專業(yè)的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)、工程分析、數(shù)控加工、產(chǎn)品 數(shù)據(jù)管理的全相關(guān)性。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 機(jī)床的三維模型的建立 產(chǎn)品的建模過(guò)程包括零件的建模和部件、總體的裝配，其主要內(nèi)容包括： ⑴ 虛擬特征的構(gòu)建 虛擬特征即基準(zhǔn)特征。它是建立模型的參考。在實(shí)體造型前或建模過(guò)程中建立虛擬特征，用起來(lái)會(huì)非常方便。例如，在 3D 立體雛形特征上加入設(shè)計(jì)特征孔、槽、肋板等，或者進(jìn)行放樣、掃描、裝配等操作時(shí)，必須用到基準(zhǔn)特征作為剖面繪制的參考、定位參考、組合零件參考等。這在 Solidworks 的菜單欄中，直接按需要選取相關(guān)命令即可。 ⑵ 零件模型的建立 零件是由各種特征構(gòu)成的。 不合格 開(kāi)始 啟動(dòng) Solidworks 進(jìn)入零件設(shè)計(jì) 建立基本特征 添加特征和修改特征 重建零件 合格否 添加特征和修改特 征 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 合格 圖 5— 1 零件設(shè)計(jì)流程圖 特征是構(gòu)成零件最基本的部分，零件的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，因此構(gòu)成零件的特征種類也很多，包括拉伸、切除、孔、抽殼等，相同的特征也會(huì)因特征添加過(guò)程中的操作不 同而差別很大。改變與特征有關(guān)的形狀與位置的定義，就可以改變與模型有關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)。一個(gè)零件最重要的特征是基本特征，即最先構(gòu)造的那個(gè)特征。在構(gòu)造好基本特征之后，才能創(chuàng)建其它各種特征。這些后來(lái)生成的特征與基本特征相疊加，或與基本特征相剪切，或者互相交叉而生成形體不同的各種零件造型(注：在 SolidWorks 工作環(huán)境中，繪制草圖時(shí)一定要注意各單位要素的約束條件，使之草圖處于完全定義狀態(tài)，即完全約束 )。零件模型的建立是一個(gè)反復(fù)完善的過(guò)程，其流程圖如上圖 5— 1 所示。 五軸聯(lián)動(dòng)銑頭的運(yùn)動(dòng)仿真 計(jì)算機(jī) 仿真技術(shù)的運(yùn)用已成為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的一種重要的手段。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的同時(shí)，充分利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)分析，能夠極大地提高對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案可能存在問(wèn)題的預(yù)見(jiàn)性，從而使設(shè)計(jì)上作更科學(xué)、合理，更全面迅速。 仿真就是用模擬模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的研究，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真和分析，首先要建立能代表實(shí)際機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模型。從前面設(shè)計(jì)知道，在 SolidWorks 中，基于參數(shù)變化、變量化及相關(guān)性的原則，可以很方便地建立五軸聯(lián)動(dòng)銑頭的三維裝配模型。此物理模型被稱為主模型，是仿真分析的基礎(chǔ)。創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)分析 方案時(shí)，運(yùn)動(dòng)分析橫犁自動(dòng)復(fù)制主模型的裝配文件，并建立一系列不同的運(yùn)動(dòng)分析 ^案，就可直接更新裝配主模型以反映優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，這也是相關(guān)性設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)的體現(xiàn)。本設(shè)計(jì)通過(guò) SolidWorks 軟件中 COSMOSMotion 插件來(lái)進(jìn)行存盤 /結(jié)束 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 五軸聯(lián)動(dòng)銑頭的運(yùn)動(dòng)仿真分析，通過(guò)對(duì)這個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)態(tài)地觀察整機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，驗(yàn)證該運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。 重要零部件的有限元分析 — 靜態(tài)分析 計(jì)算機(jī)輔助工程 (CAE)作為項(xiàng)跨學(xué)科的數(shù)值模擬分析技術(shù)，當(dāng)前已成為 CAD／ CAM 中不可缺少的霞要環(huán)節(jié)。有限元分析技術(shù)正是計(jì)算機(jī)輔助工程分析技術(shù)之一。有限元分析是工程分析訓(xùn)算的有力工具。它能使工程師快速獲得零件的應(yīng)力和應(yīng)變分析，提高零件設(shè)計(jì)的可靠性。在強(qiáng)調(diào)“可視化”的今天，很多程序都建立了對(duì)用戶非常友好的 GUI(Graphics User Interface)，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數(shù)據(jù)，并按要求將大量的計(jì)算結(jié)果整理成變形圖、等值分布云圖等，便于極值搜索和所需數(shù)據(jù)的列表輸出。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的中后期，為預(yù)知所設(shè)計(jì)的對(duì)象是否滿足要求，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的 缺點(diǎn)，需要完成產(chǎn)品性能和安全可靠性的檢驗(yàn)。本設(shè)計(jì)應(yīng)用 CAE 的重要工具有限元分析 (Finite Element Analysis，簡(jiǎn)稱 FEA)技術(shù)對(duì)重要的零件進(jìn)行了可靠性分析。 有限元分析軟件簡(jiǎn)介 ⑴ COSMOS 軟件簡(jiǎn)介 COSMOS 系列軟件是由創(chuàng)建于 1982 年的 SRAC(Structurral Research and Analysis Corporation)公司推出的業(yè)界著名有限元分析系列軟件，它在 SolidWorks 的環(huán)境下為設(shè)計(jì)工程提供了比較完整的分析手 段，并且它以簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大，并且分析快速且準(zhǔn)確而著稱。利用 COSMOS 的軟件功能，使工程師能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中達(dá)到設(shè)計(jì)分析的能力。正是由于以上的原因，該軟件也越來(lái)越被廣大用戶所歡迎，在整個(gè)業(yè)界受到了越來(lái)越多的應(yīng)用。 COSMOS 系列軟件主要由三部分 組成 ，它 們是 COSMOSMotion 、 COSMOSFloW0rks 和哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 COSMOSWorks，本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用的是 COSMOSWorks 部分。 ⑵ ANSYS軟件簡(jiǎn)介 ANSYS 是融合結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)于一體的大型通用有 限元分析軟件，由世界上培人的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS 公司丌發(fā)，可廣泛用于機(jī)械制造、核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、汽車變通等一般工業(yè)及科學(xué)研究。 ANSYS 是 Analysis System 的簡(jiǎn)稱，是一種廣泛性的商業(yè)套裝工程分析軟件，目前，許多國(guó)際化大公司己將 ANSYS 作為其設(shè)計(jì)分析的標(biāo)準(zhǔn) 【 19】 。 COSMOS 與 ANSYS Workbench 分析結(jié)果比較 本課題對(duì)于具體采用哪種有限元軟件作了個(gè)專門的對(duì)比測(cè)試，通過(guò) COSMOS 與 ANSYS Workbench 軟件，對(duì)具體一特征結(jié)構(gòu)作靜態(tài)分析，受力情況見(jiàn)圖 5— 2 所示： 圖 5— 2 測(cè)試模型（單位 mm） 模型材料為 45 號(hào)鋼，模型兩端為固定安裝面，并在大平面施加500kgf。分析對(duì)比后的結(jié)果為： ⑴ COSMOS 軟件 測(cè)試結(jié)果：應(yīng)力為 ?，效果見(jiàn)圖 5—3；受力后變形量為哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 ?m。 圖 5— 3 COSMOS 靜力分析結(jié)果 ⑵ ANSYS Workbench 軟件 測(cè)試結(jié)果：應(yīng)力為 ，效果見(jiàn)圖 5—4；受力后變形量為?m。 圖 5— 4 ANSYS Workbench靜力分析結(jié)果 相比圖 5— 3 和圖 5— 4 結(jié)果，發(fā)現(xiàn) COSMOS 軟件分析結(jié)果應(yīng)力值的大小比 ANSYSWorkbench 軟件分析結(jié)果大，從設(shè)計(jì)安全考慮，COSMOS 軟件分析結(jié)果能滿足要求時(shí)，則用 ANSYS Workbench 軟件分析的結(jié)果也能滿足。本設(shè)計(jì)采用 COSMOSWorks 對(duì)利用 SolidWorks建立的三維模型直接進(jìn)行分析，其分析過(guò)程大致分為以下五個(gè)步驟： ① 研究專題 確定分析類型及其相關(guān)資料，如靜態(tài)分析、頻率分析、熱力分析、網(wǎng)格類型及摩擦系數(shù)等。 ② 定義材料屬性 ③ 載荷和約束 定邊界條件和加載條件。 ④ 網(wǎng)格的劃分和控制 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 ⑤ 運(yùn)行分析與觀察結(jié)果 主要部件的有限元分析 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門銑床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要受力部件為床身、工作臺(tái)、直柱及橫梁。從機(jī)床行業(yè)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常出現(xiàn)剛度問(wèn)題的零部件集中在工作臺(tái)、立柱及橫 粱，床身在剛度方面能滿足使用要求?，F(xiàn)主要針對(duì)工作臺(tái)和龍門架 (左右立柱與橫梁的組裝體 )進(jìn)行有限元分析 — 靜態(tài)分析。 工作臺(tái)的靜態(tài)分析 工作臺(tái)采用 HT300 灰鑄鐵，從 SolidWorks 材料庫(kù)中得：此材料的彈性模量為 E— 66178N／ mm，泊松比為 V=；工作臺(tái)最大承載50kg，由于工作臺(tái)分成了十個(gè)區(qū)域平面，則每個(gè)平面的正壓力為500N。 分析過(guò)程如下： ⑴ 建立研究并定義材料 打開(kāi)工作臺(tái)的 SolidWorks 文檔，開(kāi)啟 COSMOSWorks 插件。點(diǎn)擊 COSMOSWorks／算例，出現(xiàn)“定義研究”對(duì)話框，如圖 5— 5 所示，選取“靜態(tài)”按扭．然后單擊“確認(rèn)”。 在 COSMOSWorks／材料／應(yīng)用材料到所有中，選取灰鑄鐵。另一種方法是：在 So1idWorks 三維建模時(shí)，就確定工作臺(tái)的材料。 圖 5— 5 “定義研究”對(duì)話框 ⑵ 建立約束并施加載荷 ① 點(diǎn)擊 COSMOSWorksd 載荷／約束，如圖 5— 6 所示，出現(xiàn)約束對(duì)話框，選取工作臺(tái)與墊板的安裝面，約束類型為“固定”。然后單擊“確認(rèn)”。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 5— 6 “約束”對(duì)話框 ② 點(diǎn)擊 COSMOSWorksd 載荷／約束 /力，出現(xiàn)“載荷加載”對(duì)話框。點(diǎn)選“應(yīng)用力／力矩”復(fù)選框，并選取工作臺(tái)的十個(gè)工作平面，且每個(gè)面的正壓力為 500N，點(diǎn)擊“確認(rèn)”，效果如圖 5— 7 所示。 圖 5— 7 定義工作臺(tái)的載荷 ⑶ 劃分網(wǎng)格并運(yùn)行 ① 點(diǎn)擊 cOsM0swork“網(wǎng)格／生成，出現(xiàn)網(wǎng)格劃分對(duì)話框，點(diǎn)選“網(wǎng)格化后運(yùn)行分析”復(fù)選框，然后單擊點(diǎn)擊“確認(rèn)”，進(jìn)入網(wǎng)格運(yùn)行分析介面。若網(wǎng)格劃分失敗 ，則需改變網(wǎng)格劃分單元的大小，使其滿足分析要求，其網(wǎng)格劃分后的效果如圖 5— 8 所示。 圖 5— 8 劃分網(wǎng)格后的模型 ② 點(diǎn)擊“運(yùn)行”按扭， COSMOSWorks 則調(diào)用解算器進(jìn)行有限元分析。 ③ 分析完成后，出現(xiàn)靜態(tài)分析已完成對(duì)話框。點(diǎn)擊“確定”按鈕，完成靜態(tài)分析。 ⑷ 觀察結(jié)果 在有限元分析完成之后，會(huì)在 COSMOSWorks 模型樹(shù)中自動(dòng)生成哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 有關(guān)應(yīng)力、位移、應(yīng)變及變形的文件 夾。通過(guò)分析，其應(yīng)力分析結(jié)果見(jiàn)圖 5— 9，位移變形情況見(jiàn)圖 5— l0。 圖 5— 9 應(yīng)力分布圖 圖 5— 10 位移圖 由分析結(jié)果可知，工作臺(tái)所受載荷后的變形土要集中在兩端部分，從位移圖中看出：其位移量為 ?mm，滿足設(shè)計(jì)使用要求。 對(duì)于單個(gè)零件，還可以利用 SoltdWorks 中為用戶提供的初步應(yīng)力分析工具 COSMOS Xpress 進(jìn)行靜力學(xué)分析，對(duì)于裝配體，則只能采用 COSMOSWorks 來(lái)分析。 龍門立柱的靜態(tài)分析 龍門立柱的靜志分析的步驟同工作臺(tái)一樣，區(qū)別在于約束與載荷情況不一樣，且左右柱與橫梁的材質(zhì)均為 HT250 灰鑄鐵。載荷分布情況：橫梁導(dǎo)軌安裝面在垂直方向上承載 400N，其分析結(jié)果如圖5— 11 和圖 5— 12。