車床主軸箱體有限元分析和加工工藝設(shè)計(jì)

1、目 錄中文摘要1英文摘要21 引言31.1論文的目的31.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3 對(duì)研究問題的認(rèn)識(shí)及現(xiàn)實(shí)意義41.3.1 對(duì)研究問題的認(rèn)識(shí)41.3.2 現(xiàn)實(shí)意義41.4 主要研究?jī)?nèi)容52 C6150主軸箱模態(tài)分析62.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)62.2 模態(tài)分析的基本步驟72.3 C6150主軸箱結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)分析82.3.1 建立模型82.3.2 定義單元屬性102.3.3 劃分網(wǎng)格112.3.4 設(shè)置分析類型和選項(xiàng)122.3.5 施加邊界條件并求解122.3.6 查看結(jié)果132.3.7 模態(tài)計(jì)算結(jié)果142.3.8 模態(tài)分析結(jié)果182.3.9 C6150主軸箱模態(tài)分析小結(jié)192.4 車床主軸箱體

2、優(yōu)化192.4.1 改進(jìn)方案192.4.2 改進(jìn)后結(jié)果203 C6150主軸箱體的加工工藝設(shè)計(jì)223.1 主軸箱箱體的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)條件分析223.2 毛坯分析253.3 定位基面的選擇和加工順序的安排253.4 加工方法的選擇263.5 熱處理工序的安排273.6 加工工藝過程的擬定273.7 加工余量的確定303.8 確定切削用量和時(shí)間定額313.8.1 銑頂面313.8.2 銑側(cè)面323.8.3 銑定位面323.8.4 磨定位面323.8.5 銑端面333.8.6 鏜C面孔333.8.7 鏜A面孔373.8.8 鉆擴(kuò)鉸A面孔383.8.9 鉆擴(kuò)鉸C面孔423.8.10 鉆擴(kuò)鉸F面孔433

3、.8.11 浮動(dòng)鏜443.8.12 鉆螺紋孔443.9 主軸箱箱體加工工藝設(shè)計(jì)小結(jié)454 結(jié)論46致謝47參考文獻(xiàn)48某車床主軸箱箱體振動(dòng)分析與加工工藝設(shè)計(jì)摘要：車床主軸箱是車床的基礎(chǔ)構(gòu)件，它支撐著主軸箱中各個(gè)軸并確定著它們之間的相對(duì)位置關(guān)系，當(dāng)主軸箱振動(dòng)時(shí)，它就會(huì)將振動(dòng)傳遞給箱體中的軸，再由軸傳遞到加工工件上，影響工件的加工質(zhì)量。因此主軸箱的動(dòng)態(tài)特性直接影響到車床的精度進(jìn)而影響零部件的加工精度。而模態(tài)分析是動(dòng)態(tài)分析中的一個(gè)重要部分，我們利用ANSYS有限元分析軟件建立有限元模型并對(duì)C6150車床主軸箱進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了車床主軸箱的固有頻率和振型，通過各階固有頻率的分析，我們可以調(diào)節(jié)箱體中其

4、它部件的頻率，以避免產(chǎn)生共振；通過對(duì)各階固有振型的分析找出箱體的薄弱環(huán)節(jié)并對(duì)其進(jìn)行改善。在設(shè)計(jì)過程中通過分析箱體的計(jì)算結(jié)果可知該主軸箱的各階振型主要表現(xiàn)為擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，會(huì)影響車床工作的穩(wěn)定性和安全性，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使箱體的振動(dòng)性得到改善。對(duì)改進(jìn)后的主軸箱體進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)，合理安排加工工序并確定切削用量，以獲得符合要求的主軸箱體。關(guān)鍵詞：有限元分析、模態(tài)分析、主軸箱、工藝設(shè)計(jì)Abstract：Lathe spindle box is the based components of the lathe, It holds up the various axis in the lathe spin

5、dle and determine the relative position among them. When spindle box vibration, it will transfer the vibration to the shafts, then transfer to machinings through the shafts. As a consequence,it will influence machining quality of workpieces. So the dynamic characteristic of spindle box not only affe

6、ct the accuracy of the lathe directly but also affect parts processing precision.Besides, Modal analysis is a quite important part of the dynamic analysis, we can use ANSYS finite element analysis software to found the finite element model and have modal analysis of C6150 lathe spindle box,finaly,we

7、 get the natural frequency and vibration mode of it.On one hand,through the analysis of the natural frequency, we can adjust the frequency of other components to avoid to produce resonance rate.On the other hand, through the analysis of the natural vibration models，we can find out the weak links of

8、the cabinets and take measures to improve them. In the design process ，we can found that most of the mode shapes are swinging and twist through the analysis of the calculation results of the lathe spindle box，which will influence the stability and safety of the lathe， we can improve the vibratility

9、of the lathe spindle box through the optimization design. The processing technology design of the lathe spindle box that have been optimized is another mission for us,we can get the satisfactory lathe spindle box if we arrange the processing operations reasonablely and determined the cutting dosages

10、.Keywords:finite element analysis、modal analysis、main spindle box、process design1 引言1.1 論文的目的 機(jī)床的結(jié)構(gòu)分析分為靜力分析和動(dòng)態(tài)分析，機(jī)床的有限元靜力分析只能反映機(jī)床在切削力和機(jī)床部件的重力作用下機(jī)床的變形。隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)需求的飛速發(fā)展，對(duì)機(jī)床加工質(zhì)量、切削效率和自動(dòng)化程度的要求也越來越高，機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性就成為機(jī)床設(shè)計(jì)與制造中一項(xiàng)很重要的問題。由于機(jī)床在工作過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，表現(xiàn)較為明顯的就是主軸箱，對(duì)于主軸箱的振動(dòng)，它不但會(huì)嚴(yán)重影響車床的加工精度，進(jìn)而導(dǎo)致零件的加工質(zhì)量下降，而且還浪費(fèi)工時(shí)，帶來經(jīng)

11、濟(jì)損失。本篇論文即通過ANSYS有限元分析軟件對(duì)C6150主軸箱進(jìn)行模態(tài)分析，以得到主軸箱的各階固有頻率和固有振型，根據(jù)對(duì)固有頻率和固有振型的分析合理選擇箱體中其它部件的頻率并對(duì)主軸箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以減小箱體的振動(dòng)對(duì)箱體加工工藝及零件加工精度的影響。最后對(duì)優(yōu)化后的主軸箱進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)，選擇合適的加工工藝以獲得符合精度要求的主軸箱。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 主軸箱作為齒輪箱的一種，人們對(duì)其振動(dòng)的研究早在一個(gè)世紀(jì)前就開始了，但直到六十年代中期，齒輪的振動(dòng)問題作為評(píng)價(jià)主軸箱裝置好壞的重要因素引起了世界范圍內(nèi)的廣發(fā)關(guān)注。模態(tài)分析技術(shù)開始于20世紀(jì)30年代，經(jīng)過70多年的發(fā)展，模態(tài)分析已經(jīng)成為振動(dòng)工程中一

12、個(gè)重要分支。模態(tài)分析的理論基礎(chǔ)是在機(jī)械阻抗和導(dǎo)納概念上發(fā)展起來的，目前所應(yīng)用的模態(tài)分析技術(shù)分為理論模態(tài)分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，理論模態(tài)分析是以線型振動(dòng)理論為基礎(chǔ)的，實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析又稱模態(tài)分析的實(shí)驗(yàn)過程。目前的研究趨勢(shì)是把有限元模態(tài)分析方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相得益彰。利用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果檢驗(yàn)、補(bǔ)充和修正原始有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿Ｐ?；利用修正后的有限元模型?jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性和響應(yīng)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于有限元技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)從單純的結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算發(fā)展到求解多物理場(chǎng)問題。近年來有限元方法已發(fā)展到流體力學(xué)、溫度場(chǎng)、電傳導(dǎo)、磁場(chǎng)、滲流和聲場(chǎng)等“耦合場(chǎng)”問題的求解計(jì)算。并且已經(jīng)由求解線性

13、工程問題進(jìn)展到分析非線性問題。與此同時(shí)還增強(qiáng)了可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能。目前幾乎所有的商業(yè)化有限元程序系統(tǒng)都建立了對(duì)用戶非常友好的人機(jī)交換界面，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資料，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，便于極值搜索和所需資料的列表輸出。1.3 對(duì)研究問題的認(rèn)識(shí)及現(xiàn)實(shí)意義 1.3.1 對(duì)研究問題的認(rèn)識(shí)模態(tài)分析是機(jī)床動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)，主要用于確定機(jī)床結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)，即固有頻率和相應(yīng)振型。機(jī)床結(jié)構(gòu)理論上是一個(gè)無(wú)限多自由度系統(tǒng)，存在無(wú)數(shù)多個(gè)固有模態(tài)，即有無(wú)數(shù)多個(gè)固有頻率及相對(duì)應(yīng)的振型。但是，實(shí)際上它的動(dòng)力特性主要由少數(shù)一些低

14、階模態(tài)決定，只要應(yīng)用這些模態(tài)就可以相當(dāng)精確地表達(dá)它的動(dòng)力特性。所以只要考慮從最低頻率開始的有限個(gè)固有模態(tài)就足夠了。盡量使各主要部件第一階模態(tài)頻率遠(yuǎn)離工作頻帶，以避免集成的整機(jī)模態(tài)頻率與工作激勵(lì)頻率相近時(shí)，導(dǎo)致整機(jī)結(jié)構(gòu)共振。這對(duì)于機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、操作空間設(shè)計(jì)以及控制等方面均有重要的指導(dǎo)意義。通過對(duì)主軸箱的模態(tài)分析我們可以想到，主軸箱體作為一個(gè)裝配體，它的加工精度不僅受主軸箱本身精度的影響，同時(shí)還受裝配在主軸箱內(nèi)的各軸的影響，裝配質(zhì)量同樣影響車床整體的加工精度，而且影響甚大，這就讓我們想到了一個(gè)問題：同樣的高精度機(jī)床，拆卸之后再裝配回去卻達(dá)不到之前的加工精度了。1.3.2 現(xiàn)實(shí)意

15、義通過模態(tài)分析，可以得到箱體的振動(dòng)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(dòng)和噪聲問題。固有頻率和振型是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，了解結(jié)構(gòu)本身具有的固有頻率和振型，調(diào)節(jié)箱體中其它部件的固有頻率，避開共振區(qū)，就可避免在使用中因共振因素造成不必要的損失；其次還能確定固有頻率是否安全可靠，振型是否影機(jī)床精度，根據(jù)此數(shù)據(jù)還可對(duì)機(jī)床床身相關(guān)的部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使它滿足機(jī)床對(duì)加工質(zhì)量和加工精度的要求。總之，利用模態(tài)分析理論研究主軸箱的振動(dòng)問題具有重要的理論價(jià)值、廣泛的應(yīng)用前景和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.4 主要研究?jī)?nèi)容（1）研究C6150車床的整體構(gòu)造，特別是對(duì)車床中的一個(gè)基礎(chǔ)件主軸箱的研究，主要

16、是關(guān)于主軸箱與其相接觸的各零部件的結(jié)構(gòu)形式，如主軸箱內(nèi)的各主軸以及坐落在其上的掛輪箱，對(duì)C6150主軸箱部分進(jìn)行受力分析以及主軸箱與床身和主軸的相對(duì)位置的確定。（2）運(yùn)用solidworks三維軟件建立C6150主軸箱的三維實(shí)體模型，即將現(xiàn)有的主軸箱的二維圖紙轉(zhuǎn)化為三維實(shí)體模型。將其導(dǎo)入ANSYS工程分析軟件中，進(jìn)行必要的參數(shù)定義，包括定義單元類型和材料屬性等，接著就是對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件，為運(yùn)用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行有限元分析做好準(zhǔn)備。（3）對(duì)主軸箱進(jìn)行模態(tài)分析，設(shè)置各參數(shù)最后求解，得到車床主軸箱的各階固有頻率、固有振型以及總邊形圖和變形動(dòng)畫，通過對(duì)它們的分析，找到箱體的薄弱環(huán)節(jié)，并

17、以此分析結(jié)果作為結(jié)構(gòu)改進(jìn)或優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)。（4）對(duì)箱體的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，通過改進(jìn)箱體局部結(jié)構(gòu)或者尺寸以達(dá)到改善箱體振動(dòng)特性的目的，對(duì)改進(jìn)后的箱體重新做一次模態(tài)分析，比較優(yōu)化前后箱體的振型或者總變形，看箱體的振動(dòng)特性是否得到改善。（5）對(duì)優(yōu)化后的主軸箱進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)，主要包括零件圖的分析、選擇定位基準(zhǔn)、擬定工藝路線、計(jì)算切削用量和填寫加工工藝卡等。主軸箱主要的加工表面為平面和孔，其中孔的加工是最重要的，因?yàn)閭€(gè)主軸孔的尺寸精度、位置精度以及各孔之間的位置精度將對(duì)機(jī)床加工過程中的振動(dòng)產(chǎn)生顯著影響，最后反映在零件的加工精度上。2 C6150主軸箱模態(tài)分析2.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ) 圖1 單自由度系統(tǒng)

18、 圖2 多自由度系統(tǒng)由一個(gè)無(wú)質(zhì)量的彈簧和無(wú)彈性的質(zhì)量所組成的系統(tǒng)稱為單自由度系統(tǒng)，單自由度運(yùn)動(dòng)微分方程式為，m、c、k分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度；分別為結(jié)構(gòu)的加速度、速度和位移；f為結(jié)構(gòu)的外激勵(lì)。通過對(duì)單自由度系統(tǒng)的分析可知，它有一個(gè)固有頻率和固有振型。對(duì)于一個(gè)多自由度系統(tǒng)，它的運(yùn)動(dòng)微分方程為: ， M為質(zhì)量矩陣，C為阻尼矩陣，K為剛度矩陣。分別為加速度向量、速度向量、位移向量，f為外激勵(lì)向量。通過對(duì)多自由度系統(tǒng)的分析可知，它有多種振動(dòng)形式，即有多種振型，對(duì)應(yīng)每一種振型有各自的固有頻率。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題中結(jié)構(gòu)固有頻率和固有振型是動(dòng)力學(xué)問題分析的基礎(chǔ)。模態(tài)分析反應(yīng)了結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，與施加的

19、外載荷無(wú)關(guān)。對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)，由達(dá)朗貝爾原理有： (1)式中M-總質(zhì)量陣，-整個(gè)彈性節(jié)點(diǎn)位移矢量，C-總阻尼陣，K-總鋼陣，F(xiàn)-總外加激振力矩陣。對(duì)于自由振動(dòng)，沒有外加激振力，無(wú)阻尼，式(1)變?yōu)椋?(2)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)表明，阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)頻率和振型影響不大，因此，常用無(wú)阻尼自由振動(dòng)方程式(2)來求解結(jié)構(gòu)的固有頻率和相應(yīng)的振型。由于彈性體的自由振動(dòng)總可以分解為一系列簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，為了求解結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的固有頻率及相應(yīng)的振型，考慮如下簡(jiǎn)諧振動(dòng)的解，即假設(shè) (3)式中：q-節(jié)點(diǎn)位移的振幅矩陣，它與時(shí)間無(wú)關(guān)； -固有頻率； t-時(shí)間。將式（3）對(duì)時(shí)間求一階、二階導(dǎo)數(shù)，得： (4) (5)將（3）式和（5）式代入（

20、2）式中得： (6)即: (7)需要尋求式(7)所示的彈性結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)振幅列陣q和，就轉(zhuǎn)化為找尋數(shù)量為²和相對(duì)應(yīng)的非零向量q滿足式(7)。這樣的問題稱之為廣義特征值問題，而這樣的²和q分別稱為廣義特征值和廣義特征向量。顯然，如此求得的w就是結(jié)構(gòu)的固有頻率，而留就給出了相應(yīng)的振型。記=²，將（7）式改寫為 (8)由于q是非零向量，上式有解的條件是矩陣K-M的行列式應(yīng)為零，即 (9)上式數(shù)學(xué)上稱為廣義特征方程，式中n為矩陣K或M的階數(shù)。如果將式(9)展開，則得的n次代數(shù)方程，由此可解出n個(gè)廣義特征值。對(duì)于有支撐約束的結(jié)構(gòu)，對(duì)K和M進(jìn)行邊界條件處理之后，總剛陣是對(duì)稱正定矩

21、陣，則由式(9)解出的廣義特征值一定是正實(shí)數(shù)，從而可以算出彈性結(jié)構(gòu)的n個(gè)固有頻率： (10)對(duì)于沒有支撐而處于自由狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，K和M不進(jìn)行邊界條件處理，總剛陣是對(duì)稱半正定矩陣，由式(8)算出的一部分廣義特征值為零，沒有實(shí)際意義。2.2 模態(tài)分析的基本步驟（1）模型的建立建模過程和其它類型的分析類似，但在模態(tài)分析中只有線性行為是有效的。如果指定了非線性單元將作為線性的來看待。材料的性質(zhì)可以是線性的或非線性的、各向同性的或各項(xiàng)異性的、恒定的或和溫度相關(guān)的。在車床的主軸箱結(jié)構(gòu)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。（2）加載并求解進(jìn)入ANSYS求解器，指定分析類

22、型和分析選項(xiàng)，定義主自由度，在模型上加載，指定載荷步選項(xiàng)，開始求解計(jì)算，退出SOLUTION。（3）模態(tài)擴(kuò)展求解器的輸出內(nèi)容主要是固有頻率，固有頻率被寫到輸出文件JobnameOUT及振型文件JobnameMODE中。具體方法是：再次進(jìn)入ANSYS求解器，激活擴(kuò)展處理及相關(guān)選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開始擴(kuò)展處理，退出SOLUTION。（4）觀察結(jié)果模態(tài)分析的結(jié)果被寫入結(jié)構(gòu)分析結(jié)果文件JobnameRST中。分析結(jié)果包括：固有頻率、已擴(kuò)展的振型、相對(duì)應(yīng)力和位移分布?？梢栽赑OSTl中觀察模態(tài)分析結(jié)果。觀察結(jié)果數(shù)據(jù)的過程是t讀入合適子步的結(jié)果數(shù)據(jù)，執(zhí)行后處理操作。2.3 C6150主軸箱結(jié)構(gòu)有限元模態(tài)

23、分析2.3.1 建立模型（1） 運(yùn)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(yùn)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(shí)體2）以主軸箱實(shí)體上表面為基準(zhǔn)面畫草圖，拉伸切除得到主軸箱殼體3）以殼體內(nèi)底面為基準(zhǔn)畫草圖，拉伸得到箱體內(nèi)支撐板4）以箱體各側(cè)面為基準(zhǔn)面畫草圖，拉伸切除得到各側(cè)面主軸孔5）畫出底座兩個(gè)螺紋孔并對(duì)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(dǎo)入ANSYS中 1）先在solidworks中建立模型，檢查無(wú)誤后將當(dāng)前模型另存為 *.x_t格式，即

24、保存類型選擇Parasolid(*.x_t)。2）把ANSYS工作目錄設(shè)置成剛才保存*.x_t文件的文件夾。3）運(yùn)行ANSYS，F(xiàn)ileImportPARA.左側(cè)框中就會(huì)看到剛才生成的*.x_t文件，選中OK導(dǎo)入完成。4）現(xiàn)在看到的模型是 線框，PlotCtrlsStyleSolid Model Facets下拉框中選擇 Normal FacetingOK, 鼠標(biāo)右鍵 選擇 Replot重生，即可看到實(shí)體了。如下圖所示圖5 主軸箱實(shí)體圖2.3.2 定義單元屬性在生成節(jié)點(diǎn)和單元網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，必須定義合適的單元屬性。需要定義的屬性有：(1)定義單元類型 ANSYS提供了200多種不同的單元

25、類型，以適用于各種工程的分析。每個(gè)單元類型有一個(gè)特定的編號(hào)和一個(gè)標(biāo)識(shí)單元類別的前綴，如SOLID45，PLANE77等。單元類型決定了單元的自由度數(shù)和單元位于二維空間還是三維空間。針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)模型，需要選擇不同的單元類型，ANSYS的單元類型有：實(shí)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(yīng)單元、質(zhì)量單元、超單元等。對(duì)于三維問題，最常用的是實(shí)體單元。有限元中，三維實(shí)體單元有兩種：六面體單元和四面體單元。由于主軸箱結(jié)構(gòu)為空間不規(guī)則幾何體，故選用SOLIDl86單元。(2)定義材料特性 ANSYS中的所有分析都需要輸入材料屬性。根據(jù)應(yīng)用的不同，材料特性可以是：線性或非線性，

26、各向同性、正交異性或非彈性，不隨溫度變化或隨溫度變化。如單示類型一樣，每一組材料特性有一個(gè)參考號(hào)。在一個(gè)分析中可能有多個(gè)材料特性，ANSYS通過參考號(hào)來識(shí)別每個(gè)材料特性。本課題中的主軸箱設(shè)計(jì)所使用的材料是灰鐵HT200，其參數(shù)如下：彈性模量：E=13e11 Nm2。泊松比： U=03。密度：P=7210 kgm3。(3)單位的選擇 對(duì)于ANSYS中的單位問題，除了磁場(chǎng)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。如長(zhǎng)度單位是米，輸入的壓強(qiáng)單位不能是Nmm2。具體步驟是：(1)定義單元類型，GUI Main Menu>Preprocessor>E

27、lement Type>Add/Edit/Delete>Add>Solid>20node 186；(2)定義材料屬性，GUI Main Menu> Preprocessor>Material Props>Material Models>Structural>Linear>Elastic>Isotropic,在EX里輸入1.3e11，在PRXY里輸入0.3，再選擇Structural>Density,在DENS里輸入7.21e3，點(diǎn)擊OK。2.3.3 劃分網(wǎng)格ANSYS提供了智能劃分網(wǎng)格功能，它考慮幾何圖形的曲率以及線與線的

28、接近程度自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，它較適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的自由網(wǎng)格劃分，有l(wèi)10的精度等級(jí)，默認(rèn)等級(jí)為6級(jí)。主軸箱結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可采用智能網(wǎng)格劃分，6級(jí)精度SOLIDl86單元。具體步驟是：GUI Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Tool,選中Smart Size，將數(shù)值設(shè)為6，點(diǎn)擊Mesh，選擇Pick all，進(jìn)行智能劃分。劃分后的結(jié)果如下圖圖6 主軸箱網(wǎng)格劃分圖至此，主軸箱結(jié)構(gòu)的有限元模型已經(jīng)建立起來，接下來就可以利用此有限元模型進(jìn)行主軸箱結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2.3.4 設(shè)置分析類型和選項(xiàng)(1)Analysis Type Modal，指

29、定分析類型為模態(tài)分析。(2)Mode Extraction Method：選擇模態(tài)提取方法為Block Lanczosmethod(默認(rèn))-蘭索斯法。(3)Number of Modes to Extract：機(jī)床結(jié)構(gòu)是個(gè)連續(xù)體，質(zhì)量和彈性都是連續(xù)分布的，所以應(yīng)具有無(wú)窮多個(gè)自由度，也就是無(wú)窮多階模態(tài)。但是該機(jī)床的設(shè)計(jì)最高工作轉(zhuǎn)速為1400 rmin，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速，可得主軸最高頻率約為23.3HZ,又由于主軸上齒輪齒數(shù)為28，所以主軸的最高激勵(lì)頻率為652.4HZ,因此當(dāng)箱體的固有頻率大于652.4HZ時(shí)，一般不可能發(fā)生共振，對(duì)于加工質(zhì)量的影響不大，所以只需研究固有頻率較小的模態(tài)，即機(jī)床的低階模

30、態(tài)。設(shè)置提取模態(tài)階數(shù)為15階。2.3.5 施加邊界條件并求解圖7 復(fù)合面導(dǎo)軌首先，C6150主軸箱體與底座的固定采用的是復(fù)合面導(dǎo)軌，如上圖所示，左側(cè)V形面和底面V形導(dǎo)軌嚙合，限制了V形面即箱體的移動(dòng)，底面V形導(dǎo)軌下側(cè)裝有螺栓，使主軸箱體與底座固定。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(gè)DOF處指定了一個(gè)非零位移約束，則以零位移約束替代DOF處的設(shè)置。可以施加除位移約束之外的其他載荷，但它們將被忽略。主軸箱是通過復(fù)合面導(dǎo)軌固定在底座上，再由箱體底面的螺栓來實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸箱體的固定，在有限元模型中，把主軸箱的邊界約束簡(jiǎn)化為約束與固定螺栓位置相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的各方向的自由度，由于主軸箱

31、與底座相固定，通過復(fù)合面導(dǎo)軌與底座相接觸，并以螺栓固定以實(shí)現(xiàn)全約束。具體步驟是：GUI MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>structural>displacement>On Areas,選擇箱體底面兩個(gè)螺栓的內(nèi)表面，選擇DOF全約束，點(diǎn)擊OK。然后依次點(diǎn)擊GUI Main Menu> Solution> Solve>Current LS開始求解。2.3.6 查看結(jié)果模態(tài)分析結(jié)果一般在通用后處理器(POSTl)中查看：(1)列出各階固有頻率GUI Main Menu>General Postpro

32、c>Results Summary。(2)顯示模態(tài)振型GUIMain Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shapes。(3)顯示節(jié)點(diǎn)位移或單元應(yīng)力分布GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour PlotNodalSoluElement Solu。2.3.7 模態(tài)計(jì)算結(jié)果主軸箱結(jié)構(gòu)前十五階固有頻率、振幅及振型描述（1）各階固有頻率如下表表1 各階固有頻率表階次固有頻率/Hz振型描述136.481沿Y軸方向擺動(dòng)，左側(cè)面連接部分振型明顯246.0

33、08沿Z軸方向擺動(dòng)，左側(cè)面連接部分振型明顯381.922沿X軸方向擺動(dòng)，右側(cè)面連接部分和底面凸臺(tái)處振型明顯4132.85內(nèi)支撐板沿Y方向左右擺動(dòng)，兩支撐板頂部振型明顯5171.53箱體扭轉(zhuǎn)，左側(cè)面連接部分振型明顯6195.38內(nèi)支撐板沿X方向左右擺動(dòng)，兩支撐板頂部振型明顯7306.20沿Y方向彎曲，后側(cè)面中段振型明顯8340.78沿Y方向彎曲，后側(cè)面中段振型明顯9404.81沿Y方向彎曲，前側(cè)面中段振型明顯10459.12箱體扭轉(zhuǎn)，左側(cè)面和后側(cè)面中段振型明顯11510.63內(nèi)支撐板沿Y方向左右擺動(dòng)，支撐板頂部振型明顯12568.99沿X方向彎曲，左側(cè)面和前側(cè)面中段振型明顯13709.05箱體扭

34、轉(zhuǎn)，后側(cè)面中段振型明顯14729.29內(nèi)支撐板沿Y方向左右擺動(dòng)，支撐板頂部振型明顯15794.29內(nèi)支撐板沿Y方向左右擺動(dòng)，支撐板頂部振型明顯（2）各階振型如下圖 1階振型 2階振型 3階振型 4階振型 5階振型 6階振型 7階振型 8階振型 9階振型 10階振型 11階振型 12階振型 13階振型 14階振型 15階振型圖8 各階振型圖（3）各階總變形如下圖 1階總變形 2階總變形 3階總變形 4階總變形 5階總變形 6階總變形 7階總變形 8階總變形 9階總變形 10階總變形 11階總變形 12階總變形 13階總變形 14階總變形 15階總變形圖9 各階總變形圖2.3.8 模態(tài)分析結(jié)果(1

35、) 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，其最小固有頻率為36.481HZ，最大固有頻率為794.29HZ,而車床主軸轉(zhuǎn)速范圍在36-1400r/min，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速及主軸上齒輪的最大齒數(shù)為28，可得主軸的激勵(lì)頻率的范圍在16.8-652.4HZ,所以在12階模態(tài)以下時(shí)，車床主軸可能與箱體發(fā)生共振。對(duì)于頻率較低的模態(tài)振型，它主要影響零件的粗加工，這是因?yàn)榇旨庸r(shí)主軸轉(zhuǎn)速低，頻率低，刀具進(jìn)給量大，當(dāng)?shù)碗A振型的固有頻率和粗加工的頻率相等時(shí)，容易發(fā)生共振，引起箱體振動(dòng)和變形，所以我們應(yīng)該通過分析低頻率的振型來研究箱體振動(dòng)對(duì)粗加工的影響，盡量避免發(fā)生共振。對(duì)于頻率高的模態(tài)振型

36、，它主要影響零件的精加工，這是因?yàn)榫庸r(shí)主軸轉(zhuǎn)速高，頻率高，刀具進(jìn)給量小，當(dāng)高階振型的固有頻率和精加工的頻率相等時(shí)，容易發(fā)生共振，引起箱體振動(dòng)和變形，精加工主要影響表面粗糙度、加工表面質(zhì)量、加工精度等，所以我們應(yīng)該通過分析高頻率的振型來研究箱體振動(dòng)對(duì)精加工的影響，盡量避免發(fā)生共振。(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(dòng)和扭轉(zhuǎn)，擺動(dòng)大都發(fā)生在低階低頻振型下，而扭轉(zhuǎn)大都發(fā)生在高階高頻振型下，而箱體的扭轉(zhuǎn)則會(huì)引起箱體的變形，進(jìn)而引起主軸等箱體內(nèi)其它軸的變形，同時(shí)由箱體引起的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致加工表面的振動(dòng)，使表面粗糙度增大；而且箱體的變形還會(huì)使工件和刀具之間產(chǎn)生相對(duì)位移，影響正常的運(yùn)動(dòng)軌

37、跡，這樣就影響了零件的加工表面質(zhì)量和加工精度，另外箱體扭轉(zhuǎn)引起的變形還會(huì)降低刀具的使用壽命。(3) 通過各階總變形圖可以看出，在大多數(shù)階次下，箱體中間支撐板和箱體側(cè)面的振幅比較大，且變形較為嚴(yán)重，從中看出此處是主軸箱的薄弱環(huán)節(jié)，后續(xù)優(yōu)化部分應(yīng)考慮此處。最大振幅出現(xiàn)在第4階和第6階模態(tài)里，同樣是出現(xiàn)在兩個(gè)中間支撐板處，優(yōu)化時(shí)考慮增加支撐板厚度，以降低振幅。其次的振幅出現(xiàn)在第12階模態(tài)里，也出現(xiàn)在第一個(gè)支撐板和箱體側(cè)面上。綜上，通過對(duì)15階固有頻率、固有振型以及各階總變形我們得到：箱體的內(nèi)支撐板的變形量最大，需要引起重視；其次是箱體的側(cè)壁在5階以后發(fā)生扭轉(zhuǎn)，在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要考慮。2.3.9

38、C6150主軸箱模態(tài)分析小結(jié)通過ANSYS軟件采用有限元分析方法，對(duì)主軸箱箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，獲得了主軸箱箱體結(jié)構(gòu)的前15階固有頻率和振型，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)作了準(zhǔn)備。通過對(duì)振型的分析，找到了箱體的薄弱環(huán)節(jié)和應(yīng)該改進(jìn)的地方，以此來改進(jìn)箱體結(jié)構(gòu)減小加工過程中箱體的振動(dòng)，提高機(jī)床的加工精度和零件的加工質(zhì)量。2.4 車床主軸箱體優(yōu)化2.4.1 改進(jìn)方案通過箱體的各階陣型的分析可知，前3階陣型為平面內(nèi)的整體轉(zhuǎn)動(dòng)；4階、11階及14階、15階振型主要表現(xiàn)為支撐板的左右擺動(dòng)，在加工過程中，箱體內(nèi)支撐板的明顯擺動(dòng)會(huì)影響主軸的直線度和齒輪嚙合時(shí)傳動(dòng)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致加工零件半徑等尺寸精度降低，因此需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)

39、計(jì)； 5階后箱體出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，需要引起足夠的注意，因?yàn)橄潴w的扭轉(zhuǎn)則會(huì)引起箱體的變形，進(jìn)而引起主軸等箱體內(nèi)其它軸的變形，同時(shí)由箱體引起的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致加工表面的振動(dòng)，使表面粗糙度增大；箱體的扭轉(zhuǎn)會(huì)影響箱內(nèi)齒輪的嚙合，影響傳動(dòng)的穩(wěn)定性高，也會(huì)嚴(yán)重影響箱體主軸相對(duì)箱體的位置精度，會(huì)導(dǎo)致零件的加工半徑不一致，這些進(jìn)而都會(huì)影響加工精度；而且箱體的變形還會(huì)使工件和刀具之間產(chǎn)生相對(duì)位移，影響正常的運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣就影響了零件的加工表面質(zhì)量。8到15階表現(xiàn)出箱體底面、側(cè)面和側(cè)面都有劇烈的振動(dòng)，可以通過增加箱體側(cè)面等的厚度來提高，或者在箱體內(nèi)加內(nèi)筋，以提高箱體的剛度。綜上可得：對(duì)于前幾階出現(xiàn)的箱體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，可通過在右

40、側(cè)箱體底面增加螺栓以加強(qiáng)主軸箱與床身的穩(wěn)定，保證主軸箱在車床上的位置。對(duì)于第6階出現(xiàn)的箱體內(nèi)支撐板的擺動(dòng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增加支撐板的厚度。對(duì)于第7階以后出現(xiàn)的明顯的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可通過增加內(nèi)筋和箱體側(cè)壁的厚度來提高振動(dòng)特性。 2.4.2 改進(jìn)后結(jié)果 圖10 優(yōu)化后的箱體圖形優(yōu)化后的各階總變形如下圖： 1階總變形 2階總變形 3階總變形 4階總變形 5階總變形 6階總變形 7階總變形 8階總變形 9階總變形 10階總變形 11階總變形 12階總變形 13階總變形 14階總變形15階總變形圖11 優(yōu)化后的各階總變形通過分析優(yōu)化后箱體的振型及各階總變形可得：優(yōu)化前箱體各階總變形中最大變形為1.717，優(yōu)化

41、后箱體各階總變形中最大變形為0.867467，所以箱體的整體變形量有所改善且各階振型中的最大變形量均有所減小。對(duì)于第4階和第6階出現(xiàn)的箱體內(nèi)支撐板的嚴(yán)重變形，在優(yōu)化后變形量減小了；其次5階后箱體出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)變形也有所改善；對(duì)于扭轉(zhuǎn)變形最厲害的7階，在優(yōu)化后，箱體側(cè)壁的變形量明顯減小，且扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象有所減弱。對(duì)于優(yōu)化后的箱體更有利于減小箱體振動(dòng)，提高加工精度和零件質(zhì)量。3 C6150主軸箱體的加工工藝設(shè)計(jì)3.1 主軸箱箱體的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)條件分析車床主軸箱箱體是車床幾個(gè)箱體中精度要求最高的一個(gè)，它的加工質(zhì)量，對(duì)機(jī)床的工作精度和工作性能，對(duì)裝配勞動(dòng)量都有很大的影響；它又是主軸箱部件裝配中的一個(gè)基礎(chǔ)件，因

42、此主軸箱箱體的加工質(zhì)量就成為車床制造中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。主軸箱體上有與床身導(dǎo)軌面結(jié)合的平面、裝手柄的平面及其他平面，以及一些孔系和端面。大多數(shù)箱體內(nèi)部還有隔板，而且體積小，在一般情況下它的剛性是比較高的。下圖為C6150箱體的簡(jiǎn)圖，主要技術(shù)條件有：（1）軸孔精度 軸孔的尺寸精度和形狀精度對(duì)軸承的配合質(zhì)量有很大的關(guān)系，因而也對(duì)軸的回轉(zhuǎn)精度、傳動(dòng)平穩(wěn)性、噪聲、軸承壽命有重大影響。主軸箱體軸孔的公差、粗糙度、形狀精度都要求很高，尤其以主軸孔要求最高。其尺寸精度公差為6級(jí)，其余軸孔為標(biāo)準(zhǔn)公差6-7級(jí)。軸孔的形狀精度，凡未作特殊規(guī)定的，一般在其尺寸公差范圍之內(nèi)，對(duì)主軸孔常常單獨(dú)規(guī)定圓度和素線平行度的公差

43、，一般不超過孔徑尺寸公差之半。如：軸線IV-IV上的主軸孔140J6、160J6、180J6的圓度和素線平行度誤差均在0.01mm。（2）軸孔的位置精度 同一軸心線上的軸孔的同軸度和端面對(duì)軸心線的垂直度誤差，會(huì)使軸承歪斜，影響軸的回轉(zhuǎn)精度和軸承的壽命。軸心線間的平行度誤差會(huì)影響軸上的齒輪的嚙合質(zhì)量。軸心線之間的距離偏差對(duì)漸開線齒輪來講影響較小，但要防止距離過小，使齒輪嚙合時(shí)沒有齒側(cè)間隙，甚至咬死。此車床主軸箱箱體通過地面D和導(dǎo)軌面F和床身連接，是主軸箱體零件的裝配基準(zhǔn)，它們決定了主軸軸心線對(duì)床身導(dǎo)軌的位置關(guān)系。主軸軸心線對(duì)裝配基準(zhǔn)的距離偏差和平行度誤差，與裝配時(shí)的刮研勞動(dòng)量有關(guān)，零件圖中規(guī)定：

44、1）1軸軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn)K、C的圓跳動(dòng)公差分別為0.03/300mm。2）D軸軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn) C的平行度公差為0.03/300mm；對(duì)基準(zhǔn)H的平行度公差為0.03/500mm。3）鈾軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn)C的平行度公差為0.03/300mm；對(duì)基準(zhǔn)V的平行度公差為0.03/200mm。4）軸軸孔內(nèi)表面對(duì)基準(zhǔn)H的平行度公差為0.03/300mm；軸各軸孔表面對(duì)基準(zhǔn)C的同軸度公差為0.006mm。5）軸各軸孔的圓度公差均為0.005mm;每孔內(nèi)表面相對(duì)側(cè)母線的平行度公差為0.01mm。6）軸軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn)D的平行度公差為0.03/650mm。7）軸軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn) W的平行度公差為0.03/650m

45、m。8）V軸軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn)Q、N的平行度公差均為0.02/200mm。9）軸軸孔的軸線對(duì)基準(zhǔn)N的平行度公差為0.02/200mm。（3）平面度精度 裝配基面的平面度不但影響主軸箱與車床的接觸質(zhì)量，而且在加工過程中作為定位基面時(shí)更直接影響軸孔的加工精度。因此規(guī)定底面D和導(dǎo)向面E必須平直，并采用涂色法檢驗(yàn)它們和標(biāo)準(zhǔn)平面的接觸面積，另外還規(guī)定了D面和F面的垂直度公差。對(duì)于主軸箱的頂面 B也有平面度的要求。這里有兩種情況：一種情況是頂面的平行度只是為了保證頂面和主軸箱蓋的密封性，以防止在工作時(shí)潤(rùn)滑油漏出；另一種情況是在加工過程中以頂面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，這時(shí)對(duì)頂面的平行度的要求就更高一些。 （4）表面粗糙

46、度 主軸孔的粗糙度Ra0.8-1.6m，其余軸孔的粗糙度Ra1.6m，裝配基面和定位表面的粗糙度Ra1.6-3.2m（刮研加工），其他平面的粗糙度Ra1.6-6.3m。可見，主軸箱箱體的主要加工表面是平面和孔。由于箱體的尺寸不大、剛性較好，所以平面加工一般沒有困難。只是由于要求盡可能減少裝配時(shí)的刮研勞動(dòng)量，因此對(duì)平面加工的精度和粗糙度要求較高。在加工軸孔時(shí)，因?yàn)榈毒吆洼o助工具的尺寸受到孔徑尺寸的限制，不能過大，因而容易變形，影響加工質(zhì)量。而且箱體內(nèi)的隔板上也有精度要求高的孔。在加工這些孔時(shí)，要求刀具懸伸更長(zhǎng)，因此刀桿更容易變形，精度更難保證。此外，任何軸孔的加工不但要保證軸孔本身的精度和同軸度

47、，而且還要照顧它和其他軸孔或平面的位置精度。所有這些情況都說明孔系加工比較不容易達(dá)到精度，這就是主軸箱箱體加工中的關(guān)鍵。C6150主軸箱體零件圖如下圖所示：圖12 C6150主軸箱體零件圖圖13 C6150車床主軸箱箱體展開圖3.2 毛坯分析零件材料為HT200鑄件。根據(jù)制造廠現(xiàn)有的毛坯生產(chǎn)條件和主軸箱箱體零件屬中批生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領(lǐng)，因而采用鑄造的方法生產(chǎn)毛坯。這種方法獲得的毛坯精度較低，尤其是孔的形狀精度和位置精度。選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)特別注意加工表面上的余量分配以及與不加表面的位置和尺寸要求。并且，還必須注意合理安排消除毛坯內(nèi)應(yīng)力的熱處理工序。對(duì)于毛坯的尺寸，根據(jù)各加工工序所留余量來確定。3

48、.3 定位基面的選擇和加工順序的安排主軸箱箱體孔系加工的要求高，需要經(jīng)過多次安裝，所以有可能也有必要采用面積分布較大的平面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，通常有兩種不同的考慮：（1）用底面D及導(dǎo)向面E作為統(tǒng)一基準(zhǔn)。這樣，定位基面與裝配基面（設(shè)計(jì)基面）相重合，避免了基準(zhǔn)不重合誤差；箱體的頂面開口向上，也便于在加工過程中測(cè)量孔徑，安裝、調(diào)整刀具和觀察加工情況。一般情況下都采用這種方法。但是由于箱體的內(nèi)部隔板上也有精度要求高的軸孔，在加工這些孔時(shí)，會(huì)因刀桿伸出過長(zhǎng)，易于彎曲變形，不能保證軸孔的加工精度，這時(shí)就必須在箱體內(nèi)加中間支撐，因此中間支撐只能從箱體頂面的開口處伸入箱體內(nèi)。每加工一個(gè)工件，吊模就要裝拆一次。這種活

49、動(dòng)結(jié)構(gòu)鏜模加工精度，當(dāng)然要比固定結(jié)構(gòu)鏜模的加工精度要低一些，且需要裝卸吊模的輔助時(shí)間。（2）在大批量生產(chǎn)時(shí)，可采用頂面和兩銷孔作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，鏜孔用的中間支撐固定在夾具底板上。這樣，上述加工精度低和輔助時(shí)間長(zhǎng)的問題就解決了。但這種定位方法在加工過程中無(wú)法觀察加工情況、測(cè)量孔徑和調(diào)整刀具，因而要求采用定尺寸刀具直接保證孔的尺寸精度；因切屑全部落在鏜模底板上，在裝卸工件時(shí)必須注意清除切屑，以避免影響定位精度；還必須提高作為定位面的頂面的加工精度，其中兩個(gè)定位銷孔或是額外加工或是把原有的孔的加工精度提高?，F(xiàn)若根據(jù)工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)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(jīng)濟(jì)合理。選擇主軸箱

50、箱體加工的粗基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮的問題主要是：1）主軸孔是該箱體中要求最高的孔，粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)保證主軸孔的加工余量均勻，孔壁厚薄均勻。2）保證所有軸孔都有適當(dāng)?shù)募庸び嗔亢瓦m當(dāng)?shù)目妆诤穸?，保證底面和導(dǎo)向面有足夠的加工余量。3）保證箱體內(nèi)壁與裝配時(shí)的裝入零件（主要是齒輪）有足夠的間隙。由于該箱體零件又是形狀復(fù)雜、尺寸較大的鑄件，所有成批生產(chǎn)條件下粗加工時(shí)利用劃線找正容易解決上述問題，也就是要以主軸孔及其軸心線為粗基準(zhǔn)進(jìn)行劃線。結(jié)合粗、精基準(zhǔn)面的選擇，箱體類零件的加工順序總是先加工平面后加工孔系，先加工主要表面后加工次要表面，并提高作為精基準(zhǔn)的D面和E面的加工精度。3.4 加工方法的選擇箱體上各種表面的加工

51、方法和加工方案，在成批生產(chǎn)條件下通常有：平面加工可用粗刨-精刨方案或粗銑-精銑方案或粗銑-磨（也可分為粗磨和精磨）方案等；主軸孔和其余軸孔的加工可用粗鏜-精鏜（還可分為幾個(gè)工步完成）方案或粗鏜-半精鏜-精鏜的方案等。根據(jù)工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和車間加工設(shè)備情況，決定加工一般平面用粗銑-精銑，定位用的統(tǒng)一基準(zhǔn)（D面和E面）用粗銑-半精銑-粗磨-精磨方案，以達(dá)到高的生產(chǎn)效率和高的定位精度?？紫导庸Q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(dòng)鏜方案，即以浮動(dòng)鏜作為軸孔的終加工工序。如果主軸孔也用鉸刀鉸削，則鉸刀尺寸過大，制造費(fèi)用和刃

52、磨費(fèi)用昂貴，勞動(dòng)強(qiáng)度大，所以目前用的很少。若用通常的單刃鏜刀鏜孔，其加工精度不易達(dá)到主軸孔的技術(shù)要求。浮動(dòng)鏜刀鏜高精度孔比用鉸刀鉸孔和單刃鏜刀鏜孔都有利于保證高尺寸精度和低表面粗糙度，所以浮動(dòng)鏜是機(jī)床制造廠用的較多的一種方法，即把浮動(dòng)鏜刀塊安裝在鏜桿的長(zhǎng)方形孔中，不作緊固，使它能在長(zhǎng)方形孔中浮動(dòng)，鏜刀塊就在鏜桿的方孔中按孔的加工余量自動(dòng)定心，并進(jìn)行切削和生產(chǎn)擠壓作用。這種加工方法，刀塊的浮動(dòng)作用，就只能憑尺寸精度很高的鏜刀塊來提高孔的尺寸精度和降低表面粗糙度，而沒有糾正形狀和位置誤差的能力。為了達(dá)到零件圖對(duì)孔系精度的要求，除了選擇底面D和導(dǎo)向面E作為統(tǒng)一基面外；精鏜是保障這種位置精度的關(guān)鍵工序，所以采用專用鏜模，使孔系的位置精度只取決于這種鏜模和鏜桿的制造精度，這樣，就可以利用制造精度一般而生產(chǎn)效率高的組合機(jī)床來完成精鏜孔系的工序。3.5 熱處理工序的安排熱處理工序在C6150主軸箱加工工藝設(shè)計(jì)過程中占有很重要的地位，因?yàn)橹鬏S箱箱體是加工要求較高的基準(zhǔn)件，又是形狀復(fù)雜的鑄件，必須消除內(nèi)應(yīng)力，所以應(yīng)合理安排時(shí)效處理工序，一般精度的機(jī)床鑄件可以采用自然失效和人工時(shí)效兩種方式，此處就容許主軸箱箱體在粗加工前即在毛坯鑄造后進(jìn)行人工時(shí)效，消除鑄件內(nèi)應(yīng)力。為了進(jìn)一步消除粗加工后的內(nèi)應(yīng)力