ys3112高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityBed Structure Design of YS3112 High-SpeedDry-Cutting Gear Hobbing MachineUndergraduate: Yang Xiao Supervisor: Prof. Cao HuajunMajor: Mechanical Design & Manufacturing& AutomationCollege of Mechanical Engineering Chongqing UniversityJune 2011重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)

2、設(shè)計(jì)（）摘 要摘要滿足綠色需求是現(xiàn)代業(yè)的一個(gè)重要特征，高速干切滾齒機(jī)是齒輪制造業(yè)的主要裝備，本文以 YS3112 高速干切滾齒機(jī)為研究對(duì)象，其重要結(jié)構(gòu)部件床身的特點(diǎn)，重點(diǎn)探討了 YS3112 高速干切滾齒機(jī)的床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，深入探討課題研究背景，對(duì)高速干切滾齒機(jī)及床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，明確的研究?jī)?nèi)容及意義。其次，從高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料的選擇等方面著重分析了 YS3112高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，了高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程。再次，利用 CAD 三維建模技術(shù)，結(jié)合 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)建立了機(jī)床床身的三維模型。最后，建立了高速干

3、切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)有模型，并通過(guò) ANSYS進(jìn)行了動(dòng)靜力分析、熱變形分析以及模態(tài)分析。對(duì)其：YS3112，高速干切，滾齒機(jī)，床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)I重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）ABSTRACTABSTRACTTo meet the demand of green manufacturing is an important feature of modern manufacturing, high-speed dry-cutting gear hobbing machine is the main equipment of gear production, this paper studies on YS3

4、112 high-speed dry-cutting gear hobbing machine, basing on the characteristics of its important structural components (the bed), this paper focus on the bed structure design of high-speed dry-cutting gear hobbing machine.Firstly, this paper deeply introduces the research background, analyzing presen

5、t research situation on high-speed dry-cutting gear hobbing machine of domestic and foreign, and also the bed structure design. Based on those, it puts forward the research content and the significance.Secondly, according to the characteristics of YS3112 high-speed dry-cutting gear hobbing machines

6、bed, structural analysis, selection of material and so on, it deeply analyses the bed structure of high-speed dry-cutting gear hobbing machine, and introduces the design process of high-speed dry-cutting gear hobbing machines bedstructure.Then, with the use of 3d ming technology of CAD, on the basis

7、 of thecharacteristics about YS3112 high-speed dry-cutting gear hobbing machines bed, amis to be established.Finally, this paper builds up a finite element m, and uses ANSYS to makesome research on the bed, such as statics analysis, dynamics analysis, thermaldeformation analysis, and also manalysis.

8、Key words：YS3112, high-speed dry-cutting, gear hobbing machine, bed structuredesignII重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）目 錄目錄摘要IABSTRACTII1 緒論11.1 本的研究意義及來(lái)源11.1.1 本的研究意義11.1.2 課題來(lái)源21.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀21.2.1 干切削技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.2 高速干切滾齒機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.3 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.3 本研究的內(nèi)容51.4 本章小結(jié)62 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程72.1 YS3112 高速干切

9、滾齒機(jī)床身的特點(diǎn)72.1.1 概述72.1.2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身材料分析72.1.3 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)82.1.4 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求92.2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程分析102.3 本章小結(jié)133 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的建模143.1 CAD 三維建模技術(shù)及 UG簡(jiǎn)介143.1.1 CAD 三維建模技術(shù)簡(jiǎn)介143.1.2 UG簡(jiǎn)介143.2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的實(shí)體建模153.3 本章小結(jié)174 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的有分析184.1 有分析簡(jiǎn)介184.1.

10、1 有法簡(jiǎn)介184.1.2 ANSYS 簡(jiǎn)介184.2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)有分析20III重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)目 錄模型的建立204.2.1 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身有4.2.2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身的動(dòng)靜力分析214.2.3 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身的熱變形分析244.2.4 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身的模態(tài)分析254.3 本章小結(jié)285 結(jié)論29參考文獻(xiàn)30致謝32IV重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1 緒論1緒論1.1 本1.1.1 本的研究意義及來(lái)源的研究意義業(yè)是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的支柱產(chǎn)業(yè)，給帶來(lái)了極大的物質(zhì)，同時(shí)也豐富了人們的生活，

11、但業(yè)建立在以資源消耗為代價(jià)的基礎(chǔ)上，嚴(yán)重影響著環(huán)境。隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，綠色已被越來(lái)越多的人接受。齒輪是不可或缺的機(jī)械零件，滾齒機(jī)則是齒輪的主要機(jī)械，對(duì)滾齒相關(guān)方面進(jìn)行研究將會(huì)完善滾齒技術(shù)以及提高齒輪的精度?，F(xiàn)代企業(yè)要想提高競(jìng)爭(zhēng)力，必須在成本(C)、時(shí)間(T)、質(zhì)量(Q)、對(duì)環(huán)境的影響(E)、資源消耗(R)這五個(gè)方面下功夫，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得的更新?lián)Q代速度快，上市時(shí)間更是短暫，因此業(yè)必須高速、快速化，從而提高生產(chǎn)效率。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，高速切削(HSC)技術(shù)得到了日益廣泛的應(yīng)用。高速切削具有降低切削力、工件熱變形小等特點(diǎn)，為干切削提供了有利條件1。20 世紀(jì) 90 年代中期，

12、高速取得并被不斷應(yīng)用于生產(chǎn)，工業(yè)發(fā)達(dá)開(kāi)始重點(diǎn)研究切削工藝中的干切削。經(jīng)過(guò)不到六年的時(shí)間，干切削技術(shù)就進(jìn)入到推廣應(yīng)用階段，并地應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中。作為綠色戰(zhàn)略實(shí)施的具體體現(xiàn)，干切削目前已經(jīng)成為工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一2。齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比精確、工作可靠、傳動(dòng)效率高、速度和范圍大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于各種機(jī)械和儀器儀表中3。齒輪多種多樣，按中有無(wú)切削，可分為無(wú)切削精度，是齒輪的主要和有切削，按其兩大類。齒輪的有切削分為成形法和具有良4是采用法兩種。滾齒法根據(jù)齒輪嚙合原理來(lái)進(jìn)行的，用這種加工出來(lái)的齒形輪廓是刀具切削刃軌跡的包絡(luò)線。只要模數(shù)和齒形角相同，即使齒數(shù)不同的齒輪，都可以用同一把刀具來(lái)。滾齒過(guò)

13、程是連續(xù)的，有插齒和刨齒那樣的空行程，故其生產(chǎn)效率高，屬于量大面廣的機(jī)械；滾齒的操作和調(diào)整十分簡(jiǎn)便，不僅可以直齒易于輪，而且可以螺旋角不同的各種斜齒，因而其通用性好；滾齒保證被齒輪有較精確的齒距，這一特點(diǎn)使其特別適合于要求調(diào)節(jié)累計(jì)誤差小的各種齒輪。滾齒可直接89 級(jí)精度齒輪，也可用作 7 級(jí)以上齒輪的粗及半精。滾齒可以獲得較高的精度，但滾齒時(shí)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。為了提高滾齒的精度和齒面質(zhì)量，粗精滾齒。由于滾齒具有上述突出的優(yōu)點(diǎn)，因1重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1 緒論，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上生產(chǎn)的齒輪中，45%左右屬于此它是最常用的齒輪滾齒。

14、高速干切滾齒是滾齒工藝的一種先進(jìn)工藝技術(shù)，具有高速干式切削高效環(huán)保、且在達(dá)到一定生產(chǎn)規(guī)模情況下成本低的特點(diǎn)。在當(dāng)前利用綠色制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)我國(guó)業(yè)可持續(xù)發(fā)為必然趨勢(shì)的背景下，采用有利于環(huán)保的齒輪技術(shù)高速干切滾齒技術(shù)，對(duì)先進(jìn)技術(shù)體系及金屬切削理論的完善和我國(guó)機(jī)械業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義5。高速干切滾齒機(jī)6作為典型的機(jī)械裝備，在齒輪行業(yè)占有重要地位。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，承受著切削力、重力等靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力的作用。床身結(jié)構(gòu)7的合理性和性能的好壞直接影響著機(jī)床的成本、各部件之間的相對(duì)位置精度和各部件相對(duì)軌跡的準(zhǔn)確性，從而影響著工件的質(zhì)量，間接影響著機(jī)床所具的耐用度，

15、同時(shí)也到機(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(duì)質(zhì)量和精度的要求。綜上所述，傳統(tǒng)的滾齒機(jī)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，面向綠色產(chǎn)實(shí)際的需要，為了適應(yīng)日益、高效的高速干切滾齒無(wú)疑是齒輪的良好選擇，而滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)到滾齒機(jī)的性、滾齒機(jī)的生產(chǎn)成本，更制約著滾齒機(jī)的質(zhì)量。從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，對(duì)高速干切滾齒機(jī)的床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)非常必要。有鑒于此要，本著重探討了采用環(huán)保高效的高速干切削技術(shù)進(jìn)行滾齒的 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)其床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并完成床身有1.1.2

16、課題來(lái)源分析。本研究?jī)?nèi)容來(lái)源于“十二五”支撐計(jì)劃項(xiàng)目“機(jī)床再業(yè)化”。成套技術(shù)及產(chǎn)1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀1.2.1 干切削技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀干切削技術(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)展戰(zhàn)略背景下發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)綠色切削技術(shù)，1995 年干切削的科學(xué)意義正式確立以后，干切削技術(shù)開(kāi)始在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界引起廣泛的關(guān)注。干切削是一種理想的綠色工藝，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前德國(guó)有 20%左右的企業(yè)采用干切削技術(shù)，并且在干切削的研究和應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。日本在這方面也進(jìn)行了大量研究，開(kāi)發(fā)了幾種不用切削液的干式中心，在2重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1 緒論其中的一種中心上，采用液氮冷卻的干

17、切削系統(tǒng)從空氣中提取高純度氮?dú)?，常溫下?56 個(gè)大氣將液氮送往切削區(qū)實(shí)現(xiàn)干切削。研發(fā)的“紅月牙”鑄鐵干切技術(shù)使切除率達(dá)到 49cm3/min，生產(chǎn)效率提高了 2 倍多。其它如英國(guó)、加拿大等工業(yè)發(fā)達(dá)也進(jìn)行了干切削技術(shù)的研究，部分業(yè)展開(kāi)相關(guān)工作。同樣重視干切削技術(shù)的研究，并積極鼓勵(lì)和支持我國(guó)一些高校對(duì)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)、刀具涂層、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、方式等方面進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。成都工具研究所、等對(duì)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)床研究所開(kāi)發(fā)的 KT 系列中

18、心能夠?qū)崿F(xiàn)高速干切削。我國(guó)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(lái)說(shuō)，我國(guó)干切削技術(shù)的理論研究還不夠成熟，與國(guó)外相比較大的差距，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(jià)值，而我國(guó)干切削技術(shù)在對(duì)干切削的研究和應(yīng)用的推廣刻不容緩2。1.2.2 高速干切滾齒機(jī)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀業(yè)中的應(yīng)用范圍窄，加快與濕式切削相比，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或者使用極少量的切削液，不但提高了機(jī)床的生產(chǎn)效率、降低了工件的成本，而且更有利于環(huán)境保護(hù)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(shí)的日益提高和對(duì)低成本的追求，高速干式滾齒機(jī)必

19、將成為齒輪商的新寵，高速干式滾齒機(jī)是滾齒機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。在干式切削滾齒方面，德國(guó)利波海爾公司早在十幾年前就開(kāi)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)商品化的商。三切滾齒機(jī)，切削速度是傳統(tǒng)滾切速度的 2 倍，達(dá)到菱公司推出了世界上第一了 200m/min。配合該公司專門設(shè)計(jì)的涂有涂層的 MACH7 高速鋼滾刀，在加工汽車末級(jí)傳動(dòng)齒輪、大型載重齒輪、汽車小齒輪及行星齒輪時(shí)均取得了較理想的效果，使生產(chǎn)成本降低 40%；Gleason 公司用硬質(zhì)合金滾刀在 Phoenix 機(jī)床上用干切削錐齒輪，滾刀轉(zhuǎn)速高達(dá) 3000r/min，與傳統(tǒng)的高速鋼刀具相比，切削時(shí)間降低 50%，而且表面

20、粗糙度顯著降低，幾何精度大為提高3。近幾年，國(guó)際上著名的滾齒機(jī)商都在集中精力研發(fā)高速干切滾齒機(jī)8。德國(guó)利波海爾公司的 LC80 系列滾齒機(jī)，格里森集團(tuán)公司的 GP130 系列滾齒機(jī)，三菱重工公司的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。其中，GP130 系列滾齒機(jī)可以不使用切削液。三菱重工在 GE 系列干式切削滾齒機(jī)中追加并推出了最大直徑為 250mm 的 GE25A，這種滾齒機(jī)帶有倒角裝置，3重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1 緒論GE25A 在提高主軸與載物臺(tái)轉(zhuǎn)軸剛性的同時(shí)降低了發(fā)熱，并且提高了滾刀架的熱需要 90 秒的切削時(shí)盤和油壓裝置等外容量。由于能夠在高速條件下，因此使老式

21、濕式間減少了一半，刨除工具費(fèi)以外，成本可減少 30%。由于部裝置都實(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。就目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)擁有 4滾齒機(jī)3，其中絕大部分是上世紀(jì) 60、70 年代的，急需更新?lián)Q代。20 世紀(jì) 80 年代以后國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的滾齒機(jī)的技術(shù)含量有所提高，其主要特征是機(jī)床的數(shù)控化。在滾齒機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)方面，主要經(jīng)歷了兩個(gè)研究階段：從傳統(tǒng)機(jī)械式滾齒機(jī)通過(guò)數(shù)控改造發(fā)展為 23 軸(直線控高效滾齒機(jī)；全新的六軸動(dòng)數(shù)控高速滾齒機(jī)的開(kāi)發(fā)。軸)實(shí)用型數(shù)面對(duì)全球化的機(jī)遇和，國(guó)內(nèi)也開(kāi)始了高速干切滾齒機(jī)的研發(fā)工作，是重慶機(jī)床

22、廠研制的 YKS3112 六軸并取得了一定的進(jìn)展，標(biāo)志性動(dòng)數(shù)控高速滾齒機(jī)，這是一種干切、濕切兩用的滾齒機(jī)。僅就高速而言，YKS3112與國(guó)外類似滾齒機(jī)相比尚有一定的差距3。2008 年以來(lái)，國(guó)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(jiǎn)易的國(guó)產(chǎn)機(jī)使用涂層高速鋼刀具進(jìn)行干切以及在天津機(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(guò)數(shù)次弧齒錐齒輪干切，株洲齒公司在鳳凰 600HC 機(jī)輪進(jìn)行過(guò)許多次干切、濕切試驗(yàn)，且部分已進(jìn)行了批量生產(chǎn)10。重慶機(jī)床集團(tuán)研發(fā)出的七軸動(dòng)數(shù)控高速干切自動(dòng)滾齒機(jī) YS3116CNC71112，可實(shí)現(xiàn)七軸數(shù)字和四軸聯(lián)動(dòng)自動(dòng)

23、干式切削，不需要切削液，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保60，其效率是濕式切削的 23 倍，單件成本僅占傳統(tǒng)滾齒的精度可達(dá)到 GB10095 的六級(jí)精度，該機(jī)床完全能夠滿足汽車、摩托車等行業(yè)高精度、大批量的齒輪要求，達(dá)到了當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)并擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)。2010 年 8 月，重慶機(jī)床集團(tuán)繼而推出了新一代七軸動(dòng)高速干切滾齒機(jī) YE3120CNC7，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)能環(huán)保性能和可靠性突直徑為 210mm，最大加出、效率高，以及高性價(jià)比等特點(diǎn)，此機(jī)床最大工模數(shù) 4mm，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 2000r/min，精度能夠達(dá)到 GB/T10095.1-2008的 6-6-7 級(jí)，可以用于各種直、斜齒輪、

24、雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪、小錐度齒、蝸輪、齒、鏈輪、花鍵等，特別適用于摩托車、汽車、起重機(jī)械、流體機(jī)械等行業(yè)13。的大批量齒輪1.2.3 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀床身是機(jī)床的基礎(chǔ)支撐件，承載著機(jī)床大多數(shù)其它執(zhí)行部件，其結(jié)構(gòu)的合理性和性能的好壞直接影響著成本和各部件之間的相對(duì)位置精度，進(jìn)而影響機(jī)4重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1 緒論床的性能。因此，高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高速干切滾齒裝備研究和開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方面。20 世紀(jì)60 年代后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展地促進(jìn)了有工程實(shí)踐的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和有理論的結(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(huì)的“Optimal synth

25、esis of compliant mechanisms usingsubdivision and commercial FEA” 14一文里，利用了有對(duì)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(duì)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(duì)優(yōu)化程序的影響。國(guó)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(duì)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(guò)程中，各個(gè)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(gè)設(shè)計(jì)過(guò)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(gè)階段

26、。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)理論對(duì)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(méi)有實(shí)物的條件下進(jìn)行，而且具體實(shí)施過(guò)程迅速、量大。依靠虛擬實(shí)驗(yàn)可以從多個(gè)設(shè)計(jì)方案中選出最優(yōu)方案，減少設(shè)計(jì)的盲目性，同時(shí)也能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中生的成本，縮短設(shè)計(jì)用時(shí)15。的問(wèn)題，從而減少設(shè)計(jì)所產(chǎn)國(guó)內(nèi)在對(duì)機(jī)床床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)態(tài)特性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中運(yùn)用有變量化分析技術(shù)和結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原理，重慶理工大學(xué)的等18在對(duì)一種精沖機(jī)床床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行有分析時(shí)，根據(jù)分析結(jié)果提出了機(jī)身結(jié)構(gòu)的一些改進(jìn)

27、方案，并進(jìn)行了分析，結(jié)果得到了更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，且改進(jìn)后的床身靜力學(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，對(duì)床身設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)、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)常常難以獲的19研究了一種數(shù)控得最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。為了解決這個(gè)問(wèn)題，南京鍛壓機(jī)床的床身，在保證床身結(jié)構(gòu)各項(xiàng)靜、動(dòng)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(guò)使用有法對(duì)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)，從而提高床身的和抗振能力，減小變形的同時(shí)減輕床身的質(zhì)量。1.3 本研究的內(nèi)容實(shí)施綠色是業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，齒輪是重要的機(jī)械，而滾齒機(jī)將近占制齒機(jī)床數(shù)量的一半，是業(yè)必備的之一。滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)關(guān)系到滾齒

28、機(jī)的結(jié)構(gòu)性、精度以及生產(chǎn)成本，更制約著滾齒機(jī)的質(zhì)量。5重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）1 緒論從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，對(duì)高速干切滾齒機(jī)的床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理、優(yōu)化的設(shè)計(jì)非常必要。本文將結(jié)合 YS3112 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，完成床身有分析。各個(gè)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(guó)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，明確了本的研究?jī)?nèi)容。第二章 YS3112 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)床身的特點(diǎn)、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)要求，了高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程。第三

29、章 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的建模，了 CAD 三維建模技術(shù)UG NX4.0 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)和三維建模的要求對(duì)設(shè)計(jì)出的滾齒機(jī)床身進(jìn)行三維建模。第四章 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的有分析，本章開(kāi)頭簡(jiǎn)要模型轉(zhuǎn)化，最后利用了有ANSYS分析，然后將建立起來(lái)的床身實(shí)體模型向有對(duì)滾齒機(jī)床身模型進(jìn)行靜力、動(dòng)力、熱變形以及模態(tài)分析。第五章 結(jié)論，在前面研究工作的基礎(chǔ)上，提出了相關(guān)結(jié)論。1.4 本章小結(jié)本章概述了高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的及意義，第二節(jié)參考相關(guān)文獻(xiàn)論述了國(guó)內(nèi)外在高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究現(xiàn)狀，第三節(jié)簡(jiǎn)單概括了本研究的主要內(nèi)

30、容。6重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程2YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程2.1 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身的特點(diǎn)2.1.1 概述科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，給機(jī)床帶來(lái)了巨大的，對(duì)于現(xiàn)代機(jī)床來(lái)說(shuō)，高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化是其發(fā)展趨勢(shì)。與常規(guī)切削相比，高速切削具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，除極大地提高了生產(chǎn)率以外，其另一明顯優(yōu)勢(shì)是可以得到很高的零件齒機(jī)作為齒輪表面質(zhì)量，此外還可以在無(wú)冷卻液的情況下進(jìn)行干切削。滾的主要裝備，對(duì)滾齒質(zhì)量的影響無(wú)疑是巨大的，機(jī)床床身作為滾齒機(jī)的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)大件，它起著支撐工件和主軸箱、大小立柱等關(guān)鍵零部件的作用，

31、直接到齒輪的精度和表面粗糙度等。2.1.2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身材料分析近年來(lái)，很多公司和科研對(duì)滾齒機(jī)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(guò)次的研究發(fā)現(xiàn)，滾齒機(jī)床身的材料需要具有如下特點(diǎn)： 耐磨性和耐腐蝕性良好； 熱性和性良好；成一定形狀； 可根據(jù)結(jié)構(gòu)需要 滿足床身結(jié)構(gòu)的、強(qiáng)度及性等要求。長(zhǎng)久以來(lái)，灰鑄鐵材料因具有的典型優(yōu)勢(shì)而作為床身的主要材料20?；诣T鐵的性好，體收縮和線收縮小，鑄造性能良好，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件，在鑄造中加入少量合金元素可提高耐磨性能?；诣T鐵的切削性能好，精度高，工藝成熟。機(jī)床運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速很高，容易產(chǎn)生振動(dòng)

32、，而笨重的灰鑄鐵材料及其高含量的以起到減震的效果?；诣T鐵材料強(qiáng)度、都很高，塑性變形小，不易產(chǎn)生形變。雖然灰鑄鐵生產(chǎn)周期長(zhǎng)、廢品率高、減震性能差、阻尼特性不突出，但是灰鑄鐵的造價(jià)低，對(duì)于超重的機(jī)床床身而言其性價(jià)比最高。因而本設(shè)計(jì)的 YS3112 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(jiǎn)單迅速，對(duì)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(guò)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(dòng)。鋼的內(nèi)摩擦阻尼小較，材料的內(nèi)阻尼僅占整臺(tái)機(jī)床總阻尼的 10%，而各

33、零部件結(jié)合處的阻尼占 90%左右，所以材料的內(nèi)阻尼對(duì)整臺(tái)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7重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程用，采用焊接蜂窩狀?yuàn)A層結(jié)構(gòu)及封閉式箱型結(jié)構(gòu)，可有效地提高抗振能力，并保證有高的扭轉(zhuǎn)和彎曲。鋼材焊接件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，承受的工作載荷大，抗變形能力差，焊接裂紋處易產(chǎn)生疲勞，焊接施工難度大21。礦物鑄件(國(guó)內(nèi)稱作人造花崗石)是一種新型結(jié)構(gòu)材料，與傳統(tǒng)床身材料鑄鐵相比較，礦物鑄件對(duì)熱不敏感、導(dǎo)熱系數(shù)低，受環(huán)境溫度影響??；吸振性能好、穩(wěn)定性高；環(huán)保、低能耗；在常溫下經(jīng)一次澆制即可成形，生產(chǎn)工序少20，且形狀工整、表面光滑、精確，

34、極大地降低了后續(xù)的機(jī)械切削工作量；對(duì)酸堿不敏感，耐蝕性好，切削液對(duì)其損壞小等等，因而礦物鑄件被廣泛應(yīng)用于高精度。目前，歐美等工業(yè)22廣泛應(yīng)用人造花崗石，提高了和高速的機(jī)械性能和精度，我國(guó)在這方面的研究起步晚，目前已取得一定成果。礦物鑄件是一種面向未來(lái)的環(huán)保材料，將以其價(jià)格和性能優(yōu)勢(shì)替代傳統(tǒng)的鑄鐵來(lái)床身。機(jī)床近年來(lái)，纖維增強(qiáng)聚合物基材料、蜂窩鋁，金屬等輕質(zhì)材料23開(kāi)始應(yīng)用到機(jī)床行業(yè)，這類輕質(zhì)材料在減重、阻尼和精度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。就三明治夾層結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)的輕質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)而言，它們的芯層材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、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(lái)

35、越重要。金屬材料具有很物理以及力學(xué)性能，機(jī)床床身采用填充提高機(jī)床固有頻率。金屬的中空部件和夾層結(jié)構(gòu)能夠減輕床身重量，2.1.3 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高速是指 5 到 10 倍于常規(guī)切削速度進(jìn)行切削的一種高速，度大，極高速時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速高、輸出轉(zhuǎn)矩及輸出功率大、進(jìn)給速度高、大地提高了時(shí)間內(nèi)的材料切除率，從而提高了生產(chǎn)效率。高速切削過(guò)程中，超過(guò) 95%24的切削熱在來(lái)不及傳給工件的情況下就被切屑迅速帶走。任何事物都具有兩面性，在利用高速滾齒到揚(yáng)長(zhǎng)避短。優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)更應(yīng)該避免它的不足，做滾齒過(guò)程中，切削時(shí)所耗費(fèi)的能量除了 1%2%用以形成新的表面和以晶格扭曲等形式形成潛藏能外4，剩下

36、的都轉(zhuǎn)化為熱能，且熱能集中在較小的幾個(gè)變形區(qū)內(nèi)，這使得刀具和切屑接觸區(qū)域的溫度很高，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)量和精度。傳統(tǒng)的滾齒靠切削液來(lái)提高切削質(zhì)量，同時(shí)，切削液的使用能夠延長(zhǎng)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)面質(zhì)量，起到冷卻、潤(rùn)滑和工件的作用。沖走，提高已齒高速干切滾齒機(jī)進(jìn)行滾齒時(shí)，采用的是高速干式切削法，這種8重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程是在無(wú)切削液的作用下用很高的切削速度進(jìn)行滾齒?；诖?，高速干切滾齒機(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)產(chǎn)生的

37、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)。床身采層全對(duì)稱設(shè)計(jì)，合理布置床身內(nèi)部隔板(采用“井”字形肋)和肋條，使壁結(jié)構(gòu)且得在較小的重量下有較高的，這樣既保證了良剛性，又保證了熱平衡；排屑槽設(shè)計(jì)在機(jī)床的區(qū)域內(nèi)，可快速地排出滾燙的切屑，此外，對(duì)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(shí)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(duì)于有可能積存切屑的地方

38、，如夾具的定位面，宜采用常規(guī)空氣將其吹走，這同時(shí)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(wèn)題就要比使用冷卻液的傳統(tǒng)滾齒機(jī)更為簡(jiǎn)單25。2.1.4 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求高速干切削對(duì)滾齒機(jī)的要求主要對(duì)滾齒機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)施而言，床身作為結(jié)構(gòu)支承件，是保證滾齒機(jī)工作的基礎(chǔ)大件。過(guò)程中，滾刀與工件之間相互作用的力沿著大部分支撐件傳遞并引起變形。在使用干切削技術(shù)且速度高的條件下滾齒，必然伴隨大量的熱產(chǎn)生，這勢(shì)必影響到素，YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到以下要求：精度。綜合上述因和較高的重量比24。足夠的靜和 床身具有足夠的靜重量比才能夠

39、保證機(jī)床在靜態(tài)載荷下不至產(chǎn)生大的變形，避免影響身最基本的要求。精度，它是床 床身具有足夠的強(qiáng)度和、較抗振性。強(qiáng)度是衡量床身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標(biāo)；意指床身抗扭彎變形能力的床身整機(jī)的剛性，足夠的度的影響很大。能夠保證強(qiáng)力切削時(shí)機(jī)床變形??；床身抗振性能的強(qiáng)弱對(duì)精 床身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，方便。床身結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，筋的布置和壁厚的設(shè)計(jì)要合理，鑄造工藝性要好，床身整體重量輕從而節(jié)約材料降低成本，此外床身后續(xù)工作量要小，避免不合理結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。 保證排屑順暢。滾齒機(jī)宜采用方便排屑的立式主軸布置，在床身上應(yīng)留出排屑槽，從而使切屑在重力作用的參與下順利地落入排屑槽下方的切屑傳送裝置上，快速散發(fā)熱量，

40、防止機(jī)床溫度的升高。 采取隔熱措施。對(duì)于鑄鐵床身來(lái)說(shuō)，宜使用保護(hù)罩來(lái)保護(hù)陡峭的傾斜壁，9重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程防止切屑與機(jī)床部件間的直接接觸，如果排屑槽用絕熱材料對(duì)機(jī)床的影響將會(huì)更小等26。，那么高屑 保證熱平衡性。溫度不均會(huì)引起熱變形進(jìn)而影響精度，例如可以將電機(jī)設(shè)置在機(jī)床的縱向軸上作為熱平衡結(jié)構(gòu)。此外，床身應(yīng)采用熱體鑄造框架式或龍門式結(jié)構(gòu)，增加絕熱傾斜蓋板。性較整 對(duì)稱設(shè)計(jì)床身結(jié)構(gòu)。調(diào)查顯示，干切削機(jī)床的對(duì)稱性設(shè)計(jì)極其重要。床身橫向?qū)ΨQ設(shè)計(jì)的同時(shí)增大床身面積，床身內(nèi)部設(shè)計(jì)出具有熱補(bǔ)償能力的空腔，排屑器放置在機(jī)床 具有良等，這些措施可有效提

41、高滾齒機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。移動(dòng)部件需要頻繁作往復(fù)能力和精度。，引起慣性力方向反不足，容易產(chǎn)生整機(jī)復(fù)改變，且切削中有交變載荷的作用，如果床身的動(dòng)態(tài)振動(dòng)，床身動(dòng)態(tài)特性的好壞對(duì)機(jī)床的性能起到的作用。 具備較熱變形特性24。由于高速干切滾齒機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度遠(yuǎn)高于普通滾齒機(jī)，所以由摩擦熱、切削熱等熱源引起的熱變形問(wèn)題更為嚴(yán)重，同時(shí)高速干切滾齒機(jī)要求在連續(xù)工作的條件下保證工件的高精度，因而機(jī)床的熱變形問(wèn)題尤其應(yīng)該重視。在設(shè)計(jì)時(shí)，除了采取措施加強(qiáng)散熱之外，還要求床身熱特性好，熱變形小或者熱變形對(duì)精度影響小。減少機(jī)床熱變形的措施：改進(jìn)結(jié)構(gòu)以減少熱變形對(duì)通過(guò)熱變形自動(dòng)補(bǔ)償裝置精度的影響；對(duì)機(jī)床發(fā)熱部位進(jìn)行散熱、

42、強(qiáng)制冷卻；機(jī)床的。2.2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程分析機(jī)床床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程本質(zhì)上是一個(gè)對(duì)進(jìn)行收集、分析、傳遞、采納使用的過(guò)程，該過(guò)程包含了兩個(gè)重要的方面：設(shè)計(jì)與。床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以看作是設(shè)計(jì)活動(dòng)和活動(dòng)彼此交織相互作用的過(guò)程，設(shè)計(jì)活動(dòng)推動(dòng)流程向前演進(jìn)，而盾、分析量輕的則是驗(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(gè)發(fā)現(xiàn)矛和處理的復(fù)雜過(guò)程。例如，要求床身強(qiáng)度大、剛性好和床身重；、裝配精度高和成本低的等等。設(shè)計(jì)者應(yīng)該盡可能地運(yùn)用現(xiàn)代科技的最新成果，抓住主要，恰如其分地處理好各種次要，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的機(jī)床床身。由于機(jī)床床身種類繁多，用途不一，性能結(jié)構(gòu)差異很大，所以機(jī)床床身的設(shè)計(jì)過(guò)程有所

43、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 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖（圖 2.1）：10重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究目的研究?jī)?nèi)容實(shí)現(xiàn)途徑未通過(guò)審核通過(guò)床身長(zhǎng)度床身寬度床身材料床身高度床身造型床身截面高寬比床身壁厚床身布局確定床身基本床身肋板布局肋板布置形式審核肋板幾何通過(guò)床身模型床身接口孔吊裝孔動(dòng)、靜力分析、強(qiáng)度分析熱變形分析模態(tài)分析圖 2.1 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程圖11完成設(shè)計(jì)ANSYS分析未通過(guò)審核通過(guò)未通過(guò)審核通過(guò)整理歸檔工藝文件三維轉(zhuǎn)二維工程圖三維建模床身設(shè)計(jì)床身特點(diǎn)設(shè)計(jì)要求

44、結(jié)構(gòu)工藝性未通過(guò)三維實(shí)例庫(kù)國(guó)內(nèi)外床身結(jié)構(gòu)圖概念設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)質(zhì)量功能配置需求分析重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程作為 YS3112 高速干切滾齒機(jī)的重要支撐部件，其床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須滿足加工過(guò)程的需求。對(duì)于任何機(jī)械的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)者首先應(yīng)該根據(jù)、市場(chǎng)或者客戶的需要和使用要求來(lái)確定其功能范圍和工作指標(biāo)，研究實(shí)現(xiàn)的可行性。在高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一階段，依據(jù)市場(chǎng)調(diào)研分析的結(jié)果，運(yùn)用質(zhì)量功能配置的，在床身設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定出設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，在任務(wù)書(shū)中應(yīng)該指出設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)內(nèi)容以及實(shí)現(xiàn)途徑，任務(wù)書(shū)審核通過(guò)階段的設(shè)計(jì)工作。下一依靠現(xiàn)有資料，

45、深入了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，在任務(wù)書(shū)規(guī)定的框架內(nèi)，開(kāi)始進(jìn)行床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第段概念設(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(wú)切削液，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(duì)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)須以：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的、強(qiáng)度；床身還應(yīng)該對(duì)稱設(shè)計(jì)以求熱平衡，減少機(jī)床熱變形對(duì)精度。在這些設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)上，確定出床身的長(zhǎng)度、寬度、高度、床身截面高寬比、床身壁厚等基

46、本。通常來(lái)說(shuō)，在這一設(shè)計(jì)階段中，往往要進(jìn)行多方案和技術(shù)評(píng)價(jià)，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(guó)內(nèi)外床身結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上建立出床身模型、床身接口、孔、吊裝孔等的床身實(shí)體模型。在這一階段實(shí)施過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)所要建立的模型有大概的印象，明確床身模型建立的具體步驟，確定好模型建立的基準(zhǔn)集合體。完成了床身模型的建立后，就可以利用 ANSYS 有分析對(duì)其進(jìn)行相關(guān)分析，評(píng)估設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求。對(duì)于高速干切滾齒機(jī)來(lái)說(shuō)，其床身結(jié)構(gòu)的有動(dòng)靜力分析、熱變形分析和模態(tài)分析三個(gè)大部分。如果有分析應(yīng)當(dāng)分析滿足設(shè)計(jì)要求，下一階段的設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)出來(lái)的床身結(jié)構(gòu)最終會(huì)被用于

47、實(shí)際生產(chǎn)，雖然實(shí)體模型便于感官，能夠直觀地看到床身的完整形狀，但是不能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。根據(jù)建立床身實(shí)體模型和，畫出床身的二維工程圖，并設(shè)計(jì)出工藝文件。到此，完成了高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)床床身設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)階段是相互緊密關(guān)聯(lián)的，在某一階段中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和不當(dāng)之處，必須返回到前面有關(guān)階段去修改，因此，床身設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)不斷返回、不斷修改和完善，以逐步接近最優(yōu)結(jié)果的過(guò)程。12重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）2 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程2.3 本章小結(jié)本章從 YS3112 高速干切滾齒機(jī)的床身材料，床身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，床身設(shè)計(jì)的具體要求出發(fā)，在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，著重探討了 YS3

48、112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的詳細(xì)流程，了 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程。13重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）3 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的建模3YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的建模3.1 CAD 三維建模技術(shù)及 UG3.1.1 CAD 三維建模技術(shù)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介20 世紀(jì) 50 年代后期，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域出現(xiàn)了依賴計(jì)算機(jī)軟、硬件資源、外部設(shè)備、開(kāi)發(fā)環(huán)境等工具進(jìn)行設(shè)計(jì)的 CAD 技術(shù)。CAD 是 Computer Aided Design（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)計(jì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。設(shè)計(jì)者運(yùn)用 CAD，根據(jù)設(shè)計(jì)和流

49、程進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)人、機(jī)交互操作方式進(jìn)行構(gòu)思、概念設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、制定工藝，以及編寫技術(shù)文件等27。工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的需求催生了 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)歷了二維建模、三維幾何建模(包含線框建模、曲面建模、實(shí)體建模)、特征建模(包含參數(shù)化建模、變量化建模)及進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，集成建模的發(fā)展過(guò)程。的迅速發(fā)展推動(dòng)著全球由工業(yè)向的過(guò)渡，業(yè)化已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。采用高速、高效、低成本的 CAD 三維建模技術(shù)不但符合了綠色的大趨勢(shì)，而且有利于提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。3.1.2 UG簡(jiǎn)介CAD

50、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)械的設(shè)計(jì)、工、裝配等環(huán)節(jié)，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本28，大幅度提升了新產(chǎn)藝、分析計(jì)算、品開(kāi)發(fā)效率， 縮短了上市時(shí)間。常用的三維建模技術(shù)有： AutodeskInventor，Solid Edge，SolidWorks，Pro/Engineer，CATIA，UG。UG (Unigraphics)是UGS 公司推出的 CAD/CAM/CAE集成，是一個(gè)交互式 CAD/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助)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)用于的麥道飛機(jī)公

51、司，是從二維繪圖、數(shù)控編程、曲面造型等功能發(fā)展起來(lái)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(dòng)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)動(dòng)機(jī)和大部分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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，特別是軍工領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力27。在本中，將運(yùn)用 UG NX4.0 對(duì)高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體建14重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（）3 YS3112 高速干切滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)的建模模。UG NX4.0 實(shí)體建模是基于特征的參數(shù)化系統(tǒng)，具有交互創(chuàng)建和編輯復(fù)雜實(shí)體模型的能力，能夠幫助設(shè)計(jì)者快速進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外系統(tǒng)還將保留每一步設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)基于線框和實(shí)體的 CAD 系統(tǒng)相比，它具有特征識(shí)別的編輯功能。UG NX4.0 面向生命周期而進(jìn)行，涵蓋的概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、裝配、生成工程圖、運(yùn)用分析和數(shù)控方面。它既可進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)也可以進(jìn)行并行工程設(shè)計(jì)，其主要功能29如圖 3.1：UG NX4.0機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)CAD性能分析CAE零件加工CAM產(chǎn)品宣傳布線圖 3.1 UG NX4.