【正文】 XX 學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 40 頁 致 謝 參考文獻 1. 柴寶連 .YK5120 數(shù)控插齒機設計與研究 [D].天津 :天津大學機械工程學院 , 2021. 2. 王慶五 . 機械設計應用實例 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021. 3. 楊明亞 ,楊濤 ,陰紅等 .有限元分析軟件在機床床身模態(tài)分析中的應用 [J].機 電工程技術 ,2021,第 36 卷第 01期 :2527. 4. 岳榮剛 ,許小榮 ,朱敬 .Pro/Engineer Wildfire 機械設計 100例 [M].北 京 :電子工業(yè)出版社 ,2021. 5. 湖南大學 ANSYS 講義 [Z].湖南：湖南大學土木工程學院 ,2021. 6. 邵才 .插齒技術 [M].北京 :機械工 業(yè)出版社 ,1987. 7. 朱玉 .斜齒數(shù)控插齒機插削機構(gòu)的設計及運動學分析 [J].制造技術與機床 , XX 學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 41 頁 2021,第 12 期 :8588. 8. 糕嫻靜 ,高連生 .高速插齒機主傳動機構(gòu)的優(yōu)化設計及運動仿真 [J].機械設 計與制造 ,2021,第 4 期： 4042. 9. 博創(chuàng)設計坊 .Pro/ENGINEER 機械設計實例教程 [M].北京 :清華 大學出版社 ,2021. . 經(jīng)典產(chǎn)品基礎教程和實例詳解 [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 , 2021. ,陳勇 ,劉行 .Pro/engineer 野火版實戰(zhàn)技巧精粹 [M].北京 :科學出版 社 ,2021. . 教程 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021. .基于 ANSYS 的高速加工中心有限元分析 [D].武漢 :華中科技大學機 械工程學院 ,2021. ,海燕 .重型機床結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設計 [J].現(xiàn)代機械 ,2021,第 5 期 :68 70. Shaping Machineswith Electronic Helical Guide[EB/OL].,2021. .斜齒輪數(shù)控化插削加工理論方法與研究 [D].蘭州 :蘭州理工大學機 械工程學院 ,2021. ,崔國英 ,楊守福 .高速插齒機主傳動機構(gòu)的設計與研究 [J].機械傳 動 ,2021,第 29 卷第 4期 :3739. .機械系統(tǒng)設計 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021. .Pro/Engineer Wildfire 機械設計實例教程 [M].北京 :清華 大學出版社 ,2021. .金屬切削機床掛圖 [M].上海 :上海 交大出版社 ,1985. XX 學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 42 頁 附 錄 1. 插齒機床身有限元分析振型圖 2. 插齒機整機三維模型圖 3. 插齒機整機裝配圖 。 通過對機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)進行改進 ,改善它們的結(jié)構(gòu)剛度 ,提高其固有頻率。另外 , 對模型的簡化也是造成振型誤差的重要原因。 2. 軟件分析結(jié)果表明 , 該機床在工作中應該注意控制轉(zhuǎn)速以避開低階振型可能帶來的共振現(xiàn)象。 2. 對自激振動的控制： 合理選擇與切削有關的系數(shù)； 合理選擇刀具的幾何參數(shù)； XX 學院畢業(yè)設計說明書（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。 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的固有頻率，避免共振現(xiàn)象發(fā)生。 提高工藝系統(tǒng)的剛度及阻尼。 提高機床傳動的制造精度。 減少激振力。設置隔振裝置，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。 6. 對于立柱等彎曲明顯的部位可以考慮通過加上加強筋來減少這種振動。 5 高階固有振型要比低階對機床的振動影響大 , 固有頻率越高其振動越劇烈對結(jié)構(gòu)影響就越大 , 因此高階振型對機床各部件的動態(tài)特性起決定作用。 3. 計算中對數(shù)據(jù)進行一定精度下的四舍五入 ,也會對結(jié)果產(chǎn)生影響。 修改后的床身結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 51 床身結(jié)構(gòu)圖 XX 學院畢業(yè)設計說明書（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。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) , 再用相同的方法導入 ANSYS 軟件中建立有限元 模型并進行模態(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。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]。如果機床的固有頻率大于機床的工作頻率 ,就可以避免機床發(fā)生共振。而機床的振動按其產(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。在機床床身結(jié)構(gòu)的設計中 , 在滿足強度和剛度的條件下應盡可能地減輕重量 , 進行必要的優(yōu)化 , 而 ANSYS 分析軟件可以幫助設計人員有效解決設計問題 , 并可以進行多種設計方案比較 ,最終得出優(yōu)化設計方案。采用 ANSYS 對機床床身進行模態(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。在準確建立實體模型的基礎上 , 再用有限元分析軟件計算得出結(jié)果 , 為數(shù)控插齒機的改造提供了可靠的依據(jù)。 從以上十階模態(tài)分析中可以得出，插齒機的容易振動部分主要集中在床身、立柱和刀頭部分 ，所以在機床設計中要充分考慮以上部位的結(jié)構(gòu)強度和剛度。解決方案為：增加床身內(nèi)部筋板強度，提高床身壁的剛度。 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，當頻率為 時，床身底座固定板最大振幅達到 。 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，當頻率較低時，工作臺最大的振幅達為 ,影響不大，可通過添加筋板來增 大床身底座的剛度。 圖 415 三階振型 三階振型中，在頻率較低時時振幅為 ，從振型圖中可以看出虛線部分為未變形前的輪廓線。 圖 414 二階振型 XX 學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 32 頁 二階振型依然是機床頂部機箱的擺動，立柱和刀箱在頻率較低的時候，振幅最小為 ，最大振幅為 。 圖 413 一階振型 一階振型是機床的頂部擺動 , 紅色代表最大振幅 ,在頻率較低的情況下，其值是最小 ，最大為 , 由圖可知床身的中上部變形較大。 XX 學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 30 頁 圖 412 插齒機整機網(wǎng)格化分結(jié)果 床身的振動可以表達為各階固有振型的線性組合 , 其中低階固有振型要比高階對床身的振動影響大 , 越是低階影響就越大 , 因此低階振型對床身的動態(tài)特性起決定作用 ,故進行床身的振動特性的分析計算時通常取前 1～ 10 階。對單元進行質(zhì)量檢測，所有單元均滿足畸變要求。 本文床身材料采用灰鑄鐵 , 材料參數(shù) : 楊氏模量 E=2e5MPa, 密度ρ=, 泊松比μ =。本文選擇 Block Lanczos 法提取模態(tài)。 在進行模態(tài)分析過程中 ,首先要指定分析類型和分析選項 ,在大多數(shù)分析過程中將選用 Subspace 法、 BlockLanczos 法、 Power Dynamic 法和 Reduce Householder 法。在生成零件三維模型節(jié)點和單元網(wǎng)格之前 ,必須先定義合適的單元屬性。 4. 對于一些結(jié)構(gòu)上的孔、臺肩、凹槽、翻邊在截面形狀特性等效的 基礎上盡量簡化 ,對截面特性影響不大的特征予以忽略。 2. 為了提高計算速度 ,部分圓弧過渡簡化為直角過渡 ,工藝上需要的倒角、拔模斜度等都不考慮。有些構(gòu)件僅為滿足結(jié)構(gòu)或使用上的要求而設置 ,并非根據(jù)強度的要求而設置 ,例如 :軸承座、吊孔、線路孔等。 XX 學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 29 頁 插齒機整機有限元 分析 在建立有限元模型前 ,用 Pro /E 首先建立機床框架的實體模型 ,并按下列原則進行模型簡化。在這樣的情況下 , 要找到一種統(tǒng)一的適用于所有結(jié)合部的、又有明確物理意義的高精度特征參數(shù)識別方法實際上是不現(xiàn)實的。影響其本構(gòu)關系的因素很多 , 不但有 內(nèi)因（結(jié)合部的幾何形狀及位置關系、法向預緊力、結(jié)合部表面粗糙度和表面介質(zhì)、構(gòu)成結(jié)合部各構(gòu)件的材料匹配等） , 而且有外因（外部作用力大小、方向、方式和作用位置以及結(jié)合部相對運動的速度等）。另外 , 它對數(shù)據(jù)的采集和處理的工作量很大 , 原理也較復雜 , 因此一般只被用于大型重要部件或整機的系統(tǒng)辨識。試驗識別法是通過動態(tài)試驗局部或整體識別結(jié)合部等效動力學參數(shù)的方法 ,可以采用頻域或 時域方法估計結(jié)合部的等效動力學參數(shù)理論建XX 學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 28 頁 模與動態(tài)試驗相結(jié)合的系統(tǒng)辨識方法具有較可靠的理論基礎 , 經(jīng)過長期的研究和改進日趨成熟和完善。理論計算法的特點是物理意義明確、實際運用簡單方便 , 可在結(jié)構(gòu)的設計階段用于機床的整機有限元分析 , 但其計算數(shù)據(jù)的適用范圍不廣 , 只在其特定的適用范圍內(nèi)才能保證其計算精度。其中 , 結(jié)合部剛度和阻尼機理的研究 , 是揭示和把握 結(jié)合部影響因素的關鍵。 早在 20 世紀 60 年代 , 人們就已注意到結(jié)合部問題對機械結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)性能的顯著影響 , ,并著手研究結(jié)合部問題。這方面的研究已經(jīng)有大量的報道 , 而且基于模態(tài)的試驗建模技術也日趨成熟。這些表明機床結(jié)合部的接觸剛度和接觸阻尼對機床的動態(tài)性能有重大影響。由于機床結(jié)合部屬于柔性聯(lián)接 ,