高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

緒 本的研究意義及來 本的研究意 課題來 本研究的內(nèi) 本章小 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流 概 本章小 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的建 CAD三維建模技術(shù)及UG簡 CAD三維建模技術(shù)簡 UG簡 本章小 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的有限元分 ANSYS簡 本章小 參考文 本的研究意制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的支柱產(chǎn)業(yè)給社會帶來了極大的物質(zhì)，同時也豐富了人們的生活，但制造業(yè)建立在以資源消耗為代價的基礎(chǔ)上，嚴(yán)重影響著生態(tài)環(huán)境。隨著環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng)，綠色制造已被越來越多的人接受。齒輪是不可或缺的機(jī)械零件，滾齒機(jī)則是齒輪加工的主要機(jī)械設(shè)備，對滾齒加工相關(guān)方面進(jìn)行研究將會完善滾齒加工技術(shù)以及提高齒輪的加工精度?，F(xiàn)代企業(yè)要想()(T))(E)()這五個方面下功夫，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度快，產(chǎn)品上市時間更是短暫，因此制造業(yè)必須高速、快速化，從而提高生產(chǎn)效率。2080()[1]。20世90開始重點(diǎn)研究切削工藝中的干切削加工。經(jīng)過不到六年的時間，干切削加工技術(shù)就進(jìn)入到推廣應(yīng)用階段，并成功地應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中。作為綠色制造實(shí)施的具體體現(xiàn)，干切削加工目前已經(jīng)成為工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[2]。屬于量大面廣的機(jī)械加工；滾齒加工的操作和調(diào)整十分簡便，不僅可以加工直齒輪，而且可以加工螺旋角不同的各種斜齒，因而其加工通用性好；滾齒加工易于保證被加工齒輪有較精確的齒距，這一特點(diǎn)使其特別適合于加工要求調(diào)節(jié)累計(jì)誤8～97級以上齒輪的粗加工及半精加工。滾齒可以獲得較高的運(yùn)動精度，但滾齒時齒面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成，參加切削的刀齒數(shù)有限，因而齒面的表面粗糙度較大。為了提高滾齒的加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗精滾齒分開。由于滾齒具有上述突出的優(yōu)點(diǎn)，因高速干切滾齒機(jī)[6]滾齒機(jī)床身作為重要的結(jié)構(gòu)大件，支撐著工件、主軸箱等關(guān)鍵零部件，承受著切[7]的合理性和性能的好壞直接影響著機(jī)床的制造成本、各部件之間的相對位置精度和各運(yùn)動部件相對運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確性，從而影響著工件的加工質(zhì)量；間接影響著機(jī)床所具的耐用度；同時也關(guān)系到機(jī)床是否能安全可靠的工作。了解機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將避免機(jī)床在使用中的不必要損失，提高其使用性能，使它滿足機(jī)床對加工質(zhì)量和加工精度的要求。綜上所述，傳統(tǒng)的滾齒機(jī)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)產(chǎn)實(shí)際的需，為了適應(yīng)日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展，面向綠色制造、高效的高速干切滾齒加工無床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理、優(yōu)化的設(shè)計(jì)非常必要。有鑒于此要，本著重探討了采用課題來本研究內(nèi)容來源于“十二五”國家支撐計(jì)劃項(xiàng)目“機(jī)床再制造成套技術(shù)及”。干切削技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)干切削技術(shù)是上世紀(jì)九十年代在全球日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展背景下發(fā)展起來的一項(xiàng)綠色切削加工技術(shù)，1995年干切削的科學(xué)意義正式確立以20%左常溫下以5～6個大氣壓力將液氮送往切削區(qū)實(shí)現(xiàn)干切削。研發(fā)的“紅月牙”（RedCrescent）49cm3/min2倍多。其它如英國、等工業(yè)發(fā)達(dá)國家也進(jìn)行了干切削加工技術(shù)的研究，部分發(fā)展我國一些高校對干切削技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，如重慶大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)山東大學(xué)工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué)等在干切削的刀具設(shè)計(jì)刀具材料刀具涂層、加工方式等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。工具、等單位對超硬刀具材料(如陶瓷立方氮化硼石等)及刀具涂層技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究并取得不少的研究成果機(jī)床開發(fā)成功的T系列加工中心能夠?qū)崿F(xiàn)高速干切削。我國陶瓷刀具已具有一定的生產(chǎn)能力，這給干切削技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了初步的技術(shù)基礎(chǔ)?？傮w來說，我國在干切削技術(shù)的理論研究還不夠成熟，與國外相比存在較大的差距，更值得注意的是，任何科學(xué)技術(shù)只有轉(zhuǎn)換到實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用中才具有價值，而我國干切削技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用范圍窄，加快對干切削的研究和應(yīng)用的推廣刻不容緩[2]。高速干切滾齒機(jī)的國內(nèi)外研究與濕式切削相比，高速干式切削滾齒機(jī)切削速度高，可以完全不使用切削液而且更有利于保護(hù)環(huán)境和自然資源的節(jié)約。隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境保護(hù)意識的日益提高和對低加工成本的追求，高速干式滾齒機(jī)必將成為齒輪制造商的新寵，高速干式滾齒機(jī)是滾齒機(jī)發(fā)展的趨勢。在干式切削滾齒方面，德國利波海爾公司早在十幾年前就開始研究高速干式切削滾齒機(jī)，三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機(jī)商品化的制造商。三2倍，達(dá)到了200m/min。配合該公司專門設(shè)計(jì)的涂有涂層的7高速鋼滾刀，在加工汽車末級傳動齒輪、大型載重齒輪、汽車小齒輪及行星齒輪時均取得了較理想的效果使生產(chǎn)成本降低40%on公司用硬質(zhì)合金滾刀在Phonix機(jī)床3000r/min50%，而且表面粗糙度顯著降低，幾何精度大為提高[3]。國利波海爾公司的LC80系列滾齒機(jī)，公司的GP130系列滾齒機(jī)GN10系列滾齒機(jī)等均采用高速干式切削技術(shù)進(jìn)行滾齒加工。其中，GP130GE系列干式切削滾齒機(jī)中追加并推出了最大加工直徑為250mm的GE25A，這種滾齒機(jī)帶有倒角裝置，E25A90秒的切削時間減少了一半，刨除工具費(fèi)以外，經(jīng)營成本可減少30%。由于控制盤和油壓裝置等外部裝置都實(shí)現(xiàn)了模塊化，更容易適應(yīng)生產(chǎn)線編制及布局變更。此外，還縮短了滾刀架正面到滾刀中心的距離，并且采用了圖形畫面，由此提高了可操作性[9]4萬余臺滾齒機(jī)[3]60、70年2～3軸(直線運(yùn)動軸)實(shí)用型數(shù)控高效滾齒機(jī)；全新的六軸動數(shù)控高速滾齒機(jī)的開發(fā)。面對經(jīng)濟(jì)全球化的機(jī)遇和，國內(nèi)也開始了高速干切滾齒機(jī)的研發(fā)工作，并取得了一定的進(jìn)展，標(biāo)志性產(chǎn)品是重慶機(jī)床廠研制的YKS3112六軸動數(shù)控與國外類似滾齒機(jī)相比尚有一定的差距[3]。2008年以來，國內(nèi)齒輪行業(yè)興起了一股干切熱潮，各種干切的消息層出不窮，如在非常簡易的國產(chǎn)機(jī)使用涂層高速鋼刀具進(jìn)行干切以及在機(jī)使用涂層高速鋼刀具進(jìn)行干切，底盤在奧利康C系列機(jī)使用硬質(zhì)合金涂層刀具進(jìn)行過數(shù)次弧齒錐齒輪干切，株洲齒輪公司在鳳凰600HC機(jī)進(jìn)行過許多次干切、濕切試驗(yàn)，且部分產(chǎn)品重慶機(jī)床研發(fā)出的七軸動數(shù)控高速干切自動滾齒 [11][12]，可實(shí)現(xiàn)七軸數(shù)字控制和四軸聯(lián)動自動干式切削，不需要切削液，實(shí)現(xiàn)了色環(huán)保加工，其加工效率是濕式切削的2～3倍，單件成本僅占傳統(tǒng)滾齒加工的60GB10095的六級精度，該機(jī)床完全能夠滿足汽車、摩托車等行業(yè)高精度、大批量的齒輪加工要求，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，屬國內(nèi)首創(chuàng)并擁有全部知識。2010年8月，重慶機(jī)床繼而推出了新一代七軸動高速干切滾齒機(jī)C7，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)能環(huán)保性能和可靠性突210mm，最大加工模數(shù)4mm，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)2000r/min，加工精度能夠達(dá)到GB/T10095.1-2008床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國內(nèi)外研究狀。20世紀(jì)60從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元理論的結(jié)合，大大提高了機(jī)床床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量機(jī)械工程師學(xué)會的mlyntheisofomplintmehnimsuingubdiviionndommrialFE”[4]一文里，用了有限元對機(jī)械結(jié)構(gòu)分析，并且使用全程參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)對其進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，仔細(xì)全面地分析了設(shè)計(jì)變量對優(yōu)化程序的影響。國外機(jī)床床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：其一，分析與設(shè)計(jì)平行。從滿足一定性能要求為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到具體設(shè)計(jì)方案的對比、確定及設(shè)計(jì)方案的模擬實(shí)驗(yàn)。在床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，各個階段均涉及到結(jié)構(gòu)分析，床身結(jié)構(gòu)分析作為一條主線貫穿了整個設(shè)計(jì)過程，由這種方式確定的床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案基本上就是最終方案。其二，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的思想被用于設(shè)計(jì)的各個階段。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)理論對設(shè)計(jì)出的床身進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不但可以設(shè)計(jì)出更加符合要求的床身結(jié)構(gòu)，而且能夠降低生產(chǎn)成本。其三，用大量虛擬實(shí)驗(yàn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)不僅能夠在沒有實(shí)物的條件下進(jìn)行，而且具減少設(shè)計(jì)的盲目性，同時也能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題，從而減少設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的成本，縮短設(shè)計(jì)用時[15]。。國內(nèi)在對機(jī)床床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時一般采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法[16]例如等[17]在提高一種數(shù)控機(jī)床床身動態(tài)特性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中運(yùn)用有限元法的變量化分析技術(shù)和結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計(jì)原理，重慶理工大學(xué)的等[18]在對一種精沖機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時，根據(jù)分析結(jié)果提出了機(jī)身結(jié)構(gòu)的一些改進(jìn)方案，并進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果得到了更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，且改進(jìn)后的機(jī)身靜力學(xué)性能得到了進(jìn)一步的提高。，這些研究促進(jìn)了床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，然而對床身設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行動、靜態(tài)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究卻不多，因而機(jī)床床身結(jié)構(gòu)常常難以獲得最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。為了解決這個問題，的[19]研究了一種數(shù)控鍛壓機(jī)床的床身，在保證床身結(jié)構(gòu)各項(xiàng)靜、動態(tài)性能滿足設(shè)計(jì)要求及工作標(biāo)準(zhǔn)的前提下，通過使用有限元法對該鍛壓機(jī)床床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高床身的剛度和抗振能力，減小變形的同時減輕床身的質(zhì)量。本研究的內(nèi)實(shí)施綠色制造是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，齒輪是重要的機(jī)械元件，而滾齒機(jī)將近占制齒機(jī)床數(shù)量的一半，是制造業(yè)必備的加工設(shè)備之一。滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)關(guān)本文將結(jié)合高速干切滾齒機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及三維建模，完成床身有限元分析。各個章節(jié)的主要內(nèi)容如下：第一章緒論，深入探討了研究背景，分析了高速干切滾齒機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并總結(jié)了床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，明確了本第二章高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，從高速干切滾齒機(jī)床身的特性、結(jié)構(gòu)分析、材料的選擇等方面著重分析了滾齒機(jī)的床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了高速干CAD三維建模技術(shù)和三維建模UGNX4.0的相關(guān)情況結(jié)合第二章高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)對第四章高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的有限元分析，本章開頭簡要介紹了有限元第五章結(jié)論，面研究工作的基礎(chǔ)上，提出了相關(guān)結(jié)論括了本研究的主要內(nèi)容。概科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，給機(jī)床帶來了巨大的，對于現(xiàn)代機(jī)床來說，高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化是其發(fā)展趨勢。與常規(guī)切削相比高速切高速干切滾齒機(jī)床身材料分近年來，很多公司和科研單位對滾齒機(jī)機(jī)床床身材料做了大量研究?？梢杂米鳚L齒機(jī)床身材料的有：灰鑄鐵、鋼材焊接件、礦物鑄件和輕質(zhì)材料。通過長久以來，灰鑄鐵材料因具有的典型優(yōu)勢而作為制造床身的主要材料[20]?；壹庸すに嚦墒?。機(jī)床運(yùn)行時轉(zhuǎn)速很高，容易產(chǎn)生振動，而笨重的灰鑄鐵材料及其不易產(chǎn)生形變。雖然灰鑄鐵生產(chǎn)周期長、廢品率高、減震性能差、阻尼特性不突出，但是灰鑄鐵的造價低，對于制造超重的機(jī)床床身而言其性價比最高。因而本設(shè)計(jì)的高速干切滾齒機(jī)床身，材料采用灰鑄鐵。除了灰鑄鐵以外，還可以用鋼材焊接成床身，并根據(jù)受力情況布置肋板，其造型簡單、迅速，對單間小批量生產(chǎn)適應(yīng)性較強(qiáng)。由于鋼的彈性模量比鑄鐵大，在同樣的載荷條件下壁可以做得比鑄鐵輕，固有頻率高。但不應(yīng)過分追求重量上的輕巧，壁厚不宜太薄，須適當(dāng)增加肋板防止薄壁振動。鋼的內(nèi)摩擦阻尼，10%90%所以材料的內(nèi)阻尼對整臺機(jī)床的影響較小。另外，焊接結(jié)構(gòu)的焊縫本身有阻尼作近年來，纖維增強(qiáng)聚合物基材料、蜂窩鋁，金屬等輕質(zhì)材料[23]開始應(yīng)用金屬、中空球形復(fù)合材料、聚合物、點(diǎn)陣材料和蜂窩材料等，其在機(jī)床的支撐件如床身中發(fā)揮的作用越來越重要。金屬材料具有很好的物理以及力學(xué)性能，機(jī)床床身采用填充金屬的中空部件和夾層結(jié)構(gòu)能夠減輕床身重量，高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)特510極大地提高了單位時間內(nèi)的材料切除率，從而提高了加工生產(chǎn)效率。高速切削加95%[24]任何事物都具有兩面性，在利用高速滾齒加工優(yōu)點(diǎn)的同時更應(yīng)該避免它的不足，做到揚(yáng)長避短。1%～2%曲等形式形成潛藏能外[4]內(nèi)，這使得刀具和切屑接觸區(qū)域的溫度很高，溫升速度極快。高溫不僅影響著滾刀的磨損，也影響著工件的表面質(zhì)量和加工精度。傳統(tǒng)的滾齒加工靠切削液來提高切削加工質(zhì)量——冷卻、潤滑，降低切削區(qū)溫度，同時，切削液的使用能夠延長滾刀，減少工件的熱變形，減少刀屑與工件的摩擦，使切削順利排出，將切屑從機(jī)沖走，提高已加工齒面質(zhì)量，起到冷卻、潤滑和工件的作用。在無切削液的作用下，用很高的切削速度進(jìn)行滾齒加工?；诖耍咚俑汕袧L齒機(jī)的床身必須有其獨(dú)特的地方，以便快速地排出滾燙的切屑，快速地散發(fā)加工產(chǎn)生的熱量，防止機(jī)床溫度升高。為了保證機(jī)床的剛性、熱平衡及排屑順暢，高速干切滾齒機(jī)宜采用高剛性的多層壁結(jié)構(gòu)及方便排屑的大斜面結(jié)構(gòu)。床身采層壁結(jié)構(gòu)且前后完全對稱設(shè)計(jì)，合理布置床身隔板(采用“井”字形肋)和肋條，排屑槽設(shè)計(jì)在機(jī)床的加工區(qū)域內(nèi)，可快速地排出滾燙的切屑，此外，對于高速干式切削滾齒機(jī)，切屑的快速順利排除能夠避免高屑在機(jī)床中存留而引起機(jī)床各零部件產(chǎn)生熱變形。因此，機(jī)床加工區(qū)域內(nèi)不能有凹面及大平面，盡可能設(shè)計(jì)成大斜面，同時在這些大斜面面上安裝一層表面光滑且具有隔熱作用的不銹鋼鋼板，以便利于切屑盡快落到排屑器中排出機(jī)床外，對于有可能積存切屑的地方，如夾具的定位面，宜采用常規(guī)壓力空氣將其吹走，這同時保證了定位面的清潔干燥。如果排屑槽使用絕熱材料，則高速干切滾齒機(jī)的熱量問題就要比使用冷卻液的傳統(tǒng)滾齒機(jī)更為簡單[25]。高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到以下要求：防止切屑與機(jī)床部件間的直接接觸，如果排屑槽用絕熱材料制造，那么高屑對稱設(shè)計(jì)床身結(jié)構(gòu)。顯示，干切削機(jī)床的對稱性設(shè)計(jì)極其重要。床身橫稱設(shè)計(jì)的同時增大床身面積，床身設(shè)計(jì)出具有熱補(bǔ)償能力的空腔，排屑器放置在機(jī)床等，這些措施可有效提高滾齒機(jī)的加工能力和精度。具備較好的熱變形特性[24]通過熱變形自動補(bǔ)償裝置控制機(jī)床的溫升。的過程，該過程包含了兩個重要的方面：設(shè)計(jì)與仿真。床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以看作是而仿真則是驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的重要。實(shí)際身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個發(fā)現(xiàn)、分析和處理的復(fù)雜過程。例如，要求床身強(qiáng)度大、剛性好和床身重量輕的；加工、裝配精度高和制造成本低的等等。設(shè)計(jì)者應(yīng)該盡可能地運(yùn)用現(xiàn)代科技的成果，抓住主要，恰如其分地處理好各種次要，才能設(shè)所以機(jī)床床身的設(shè)計(jì)過程有所不同。根據(jù)床身設(shè)計(jì)的影響因素，總結(jié)出如下所示的高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖（2.1：床身布確定床身床身布確定床身基本尺床身肋板布肋板幾何尺肋板布置形床身壁床身截面高寬床身高床身寬床身長三維建吊裝清砂床身接床身模相關(guān)相關(guān)標(biāo)審設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)現(xiàn)途研究內(nèi)研究目質(zhì)量功能配床床身設(shè)審三維實(shí)例國內(nèi)外床身結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)要床身特概念設(shè)總體設(shè)模模態(tài)分熱變形分剛度、強(qiáng)度分動、靜力學(xué)分ANSYS分審整理歸審工藝文三維轉(zhuǎn)二工整理歸審工藝文三維轉(zhuǎn)二工程完成設(shè)2.1切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一階段，依據(jù)分析的結(jié)果，運(yùn)用質(zhì)量功能配設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)途徑，任務(wù)書審核通過下一階段的設(shè)開始進(jìn)行床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第二階段——概念設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)。高速干切滾齒機(jī)不同于傳統(tǒng)滾齒機(jī)，要實(shí)現(xiàn)高速和無切削液加工，其床身結(jié)構(gòu)必然有其不同尋常的地方。設(shè)計(jì)者必須清楚高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對其床身設(shè)計(jì)的要求了然于胸，充分考慮結(jié)構(gòu)工藝性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行床身設(shè)計(jì)。滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)須包括以下內(nèi)容：所用材料能夠滿足床身的使用要求；床身造型美觀大方；床身布局合理，便于排屑；床身肋板的布置應(yīng)該合理高效，用最少的肋板保證床身的剛度、強(qiáng)度；床身還應(yīng)該對稱設(shè)計(jì)以求熱平衡，減少機(jī)床熱變形對加工精度的影響等等。在這些設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)上，確定出床身的長度、寬度、高度、床身截面高寬比、床身壁厚等基本尺寸。通常來說，在這一設(shè)計(jì)階段中，往往要進(jìn)行多方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價，從中選最佳方案。高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第三階段是依據(jù)三維CAD建模技術(shù)在參考國內(nèi)外床身結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上建立出包括床身模型、床身接口、清砂孔、吊裝孔等的床身實(shí)體模型。在這一階段實(shí)施過程中，首先應(yīng)當(dāng)對所要建立的模型有大概的印模型的建立后，就可以利用ANSYS有限元對其進(jìn)行相關(guān)分析，評估設(shè)計(jì)要求，下一階段的設(shè)計(jì)工作。CAD三維建模技術(shù)及UG簡CAD三維建模技術(shù)簡備、開發(fā)環(huán)境等工具進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAD技術(shù)。CAD是ComputerAided（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）的縮寫，作為是一門綜合性的設(shè)計(jì)技術(shù)，CAD體現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè)CAD技術(shù)的發(fā)展，隨著實(shí)際應(yīng)用的需要，計(jì)算機(jī)新技術(shù)和新算法在CAD中不斷出現(xiàn)和發(fā)展。建模技術(shù)是CAD的技術(shù)，它經(jīng)進(jìn)入21世紀(jì)以來，的迅速發(fā)展推動著全球由工業(yè)社會向信息社會的UG簡CAD三維建模技術(shù)在機(jī)械行業(yè)的使用，根本性地改變了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工品開發(fā)效率，縮短了產(chǎn)品上市時間。常用的三維建模技術(shù)有：AutodeskInventor，SolidEdge，SolidWorks，Pro/Engineer，CATIA，UG。UG(Unigraphics)是UGS公司推出的CAD/CAM/CAE集成是一個交互式CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造)系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的構(gòu)建，被廣泛應(yīng)用于航空、、機(jī)械等行業(yè)，是公認(rèn)的世界一流的CAD/CAM/CAE之一。UG最早應(yīng)用于[29]90年代初通用汽車公司選中UG作為全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主導(dǎo)系統(tǒng)，這進(jìn)一步推動了UG的發(fā)展。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合在一起，使得它被大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)及廠家所采用，幾乎所有飛機(jī)發(fā)和大部分汽車發(fā)都采用UG進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)UG在高端工程領(lǐng)域，特別是領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力[27]。在本中將運(yùn)用UGNX4.0對高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體建模UGNX4.0輯功能。UGNX4.0面向產(chǎn)品生命周期而進(jìn)行，涵蓋產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、行并行工程設(shè)計(jì)，其主要功能[29]3.1：UG3.1UGNX4.0UG實(shí)體建模，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等建模方法，并輔之以布爾運(yùn)算，用戶UG實(shí)體建模具體有以下優(yōu)點(diǎn)：UG實(shí)體建模能夠保持原有的關(guān)聯(lián)性可以到二維工程圖裝配加工、UGUG添加和修改特3.2：開開分析床身特開啟UG進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模是否滿足設(shè)生成床身模結(jié)結(jié)對床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的特征分析，搞清楚床身是由哪幾個特征組成，明確各個特征的形狀，它們之間的相對位置和表面連接關(guān)系，然后按照特征的主次關(guān)系，遵循一定的順序進(jìn)行建模。UGNX4.0創(chuàng)建與修改基本特征。在床身建模過程中，UGNX4.0最先建立的那個特征就是基本特征，它代表床身的最基本的形狀，其他特征的創(chuàng)建都是建立在基本3.3：3.3本章介紹了CAD三維建模技術(shù)和UG的相關(guān)情況，結(jié)合高速干切滾齒機(jī)有限元法簡組一個復(fù)合體，把問題轉(zhuǎn)化成線性代數(shù)問題求解，從而使續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限度問題。由于單元的個數(shù)是有限的，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目也在給定邊界條件下，借助有限元法可進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)力學(xué)分析、熱變形2050年代的有限元法，得益于它的通用性、有效性和高精度而受到工程設(shè)計(jì)的青睞有限元法已成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制態(tài)動力學(xué)分析。本文采用的是ANSYS公司生產(chǎn)的ANSYS12.0。ANSYS簡ANSYS[31]是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元，由世界上最大的有限元公司之一的ANSYS公司開發(fā)，它能與多數(shù)CAD接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRANUGNXI－DEASAutoCADCAE工具ANSYS由前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊三個模塊組成，通過有好列表兩種。ANSYS的分析過程包含了前處理、分析計(jì)算、后處理3個主要前處后處分析計(jì)建立模預(yù)備工施加載定義材料屬設(shè)置分析選定義實(shí)前處后處分析計(jì)建立模預(yù)備工施加載定義材料屬設(shè)置分析選定義實(shí)常指定新標(biāo)定義單元類觀察分析結(jié)制定分析類建立模后處理處理始一個新的分處理查看分析結(jié)加載求模型檢模型檢執(zhí)行求準(zhǔn)網(wǎng)格劃設(shè)置載荷步選網(wǎng)格劃設(shè)置載荷步選上述操作步驟[31][32]只是一個一般的過程，在執(zhí)行中并非每一步都要進(jìn)行，針SS提供了多種分析類型，如結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析動力學(xué)分析熱分析電磁場分析流體動力學(xué)分析聲場分析壓電分析SS功能強(qiáng)大其優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)與AD的無縫集成、強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力、高精度非線性問題求解、強(qiáng)大的耦合場求解能力、程序面向用戶的開放性多年來SS在世界各地的各行各業(yè)如核工業(yè)鐵道石油化工、機(jī)械制造、能源、汽車交通、 工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)59003萬多用戶裝機(jī)量，學(xué)校用戶有10萬個。ANSYS也得到了日益廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，目前，中國100多所理工院校采用ANSYS進(jìn)行有限元分析，45所理工院校115門課程以ANSYS作為標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)[24]。高速干切滾齒機(jī)床身有限元模在有限元ANSYS中建立床身的有限元模型一般有兩種方法直接使用ANSYS提供的建模模塊采用自頂向下或自底向上的方法建?；蛘呃脤I(yè)的三維建模繪制相應(yīng)的三維實(shí)體模型，然后通過有限元提供的接口轉(zhuǎn)換為有限元模型由于ANSYS提供的建模模塊在構(gòu)建復(fù)雜的三維模型時操作繁瑣，因此像床身這類復(fù)雜結(jié)構(gòu)一般采用后法建模。本使用UGNX4.0建立高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型然維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為CAE模型還存在很多問題，許多復(fù)雜模型的直接傳遞會產(chǎn)生CAE模型無法生成的問題，因此必須對建立的結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型進(jìn)行適當(dāng)簡化和三維實(shí)體建模力求精確，反映結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)特性4.1：4.1高速干切滾齒機(jī)床身的靜動力定義床身材料為灰鑄鐵，彈性模量E=1.18xl08KPa，泊松比u=0.25[34]，單元類型為單元類型為Solid186床身部件較為復(fù)雜采取網(wǎng)格劃分方式得到102314.24.3這三個力的作用。通過ANSYS分析得出，靜態(tài)下，最大應(yīng)力（如圖4.2）在引起重視，在條件允許的情況下適當(dāng)減輕它們的質(zhì)量。在應(yīng)變方面，最大應(yīng)變出過靜力應(yīng)變云圖（圖4.3）可以看出，最大應(yīng)變值為3.79E-4mm，這樣的變形量對4.44.5ANSYS具有強(qiáng)大的動力學(xué)分析功能，可以通過模擬床身在實(shí)際工作情況（中可以看出，在安裝導(dǎo)軌的平面和排屑右面的交線中點(diǎn)以及床身右端面安放工作臺的面中心處，均有較大的應(yīng)變值，然而最大應(yīng)變值也僅僅為3.99E4mm，對加工影響小，如果要提高機(jī)床的加工精度，可以在這兩處地方使用抗壓的材料，也可以加大其厚度減小變形。高速干切滾齒機(jī)床身的熱分在ANSYS中進(jìn)行熱分析時需要重新定義單元類型，根據(jù)實(shí)際情況采924704.6的溫度，有些地方溫度極高，高溫引起床身結(jié)構(gòu)變形，從而影響加工精度，掌握高速干切滾齒機(jī)床身溫度的分布，采取相應(yīng)措施將降低溫度引起的變形對滾齒精度的影響。左立柱和床身導(dǎo)軌的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，同時高屑帶有大量的熱，（4.6床身導(dǎo)軌面和排屑腔的溫度較高。在生產(chǎn)時，宜采用耐高溫的材料制造導(dǎo)軌面和高速干切滾齒機(jī)床身的模態(tài)分析ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析，確定床身的振動特性，得出了床身前六階固有頻率和振型。定義床身材料為灰鑄鐵，彈性模量E=1.18xl05MPa，泊松比u=0.25，密度10231個單元，定義床身與地面連接地腳位置為完全固定123404.114.12析研究結(jié)構(gòu)模態(tài)[36]，即模態(tài)，由結(jié)構(gòu)本身特性與材料特性決定，與外載條件4.7.12為主二階振型以床身向左右移動為主三階振型以床身左部分向前后為主，四階振型以床身由中間向前后開裂為主，五階振型以床身由中間向前后開裂且向前后為主，六階振型以床身向左右錯動為主。針對這類情況，在相應(yīng)部位添加加強(qiáng)筋來減少這種振動，同時從振型云圖可以得出高階固有振型比低階對床身的振動影響大，固有頻率越高其振動越劇烈對結(jié)構(gòu)影響也就越大，可以說高階振本章簡要介紹有限元法和有限元ANSYS，通過建立起來的高速干切 高速干切滾齒機(jī)作為綠色節(jié)能的新型滾齒加工機(jī)床，在我國具有廣闊的發(fā)展業(yè)對高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，主要研究結(jié)論如下：宜設(shè)置傳輸帶迅速將高屑帶走。由于劇烈摩擦及高屑的影響，高速干切滾齒機(jī)的導(dǎo)軌和切屑通過的區(qū)包軒庭.高速干切削技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),21(8):71-劉志峰等.干切削加工技術(shù)及應(yīng)用[M].:機(jī)械工業(yè),.干式滾齒及其機(jī)床的單元技術(shù)研究與實(shí)踐[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2008,25(48-,乾.機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].：機(jī)械工業(yè),.面向綠色制造的高速干式切削滾齒機(jī)設(shè)計(jì)與評價技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)學(xué)位,2003.LiuRunai,Lvming.ResearchOnKeyTechnologiesOfDirect-DriveGearHobbingMachineOfDry-Cutting[C].2010InternationalConferenceonComputer,Mechatronics,ControlandElectronicEngineering(CMCE),2010:577-580.CNC32數(shù)控車床的床身設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開發(fā)2004,愛,.滾齒機(jī)及滾齒加工技術(shù)的發(fā)展趨勢中華機(jī)械網(wǎng).最大加工直徑250mm新型干式切削滾齒機(jī)推出[EB/OL]. /content/2010/1217/282606.html,2010,12.,張俊杰等.錐齒輪的高效干切技術(shù)[J].2009,7:30-,廖承渝 C7七軸動數(shù)控高速干切自動滾齒機(jī)[J].2006,(11):28-.秉承產(chǎn)業(yè)報(bào)國志再書振興華美章——2008策研討會上的講稿業(yè)市場形勢和對策研討會上的講稿[R].重慶中華機(jī)械網(wǎng).重慶機(jī)床推出新一代干切滾齒機(jī)[EB/OL]. /content/2010/0525/246252.html,2010,5.Hull,PartickV.OptimalsynthesisofcompliantmechanismsusingsubdivisionandcommercialFEA,AmericanSocietyofMechanicalEngineers.March,2006..基于有限元的車床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].大連理工大學(xué)論,王云霞,.基于元結(jié)構(gòu)的機(jī)床床身結(jié)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),2009,(10):75-7