1、GraduationDesign(Thesis)ofChongqingBedstructureGraduationDesign(Thesis)ofChongqingBedstructuredesignofhigh-dry-cuttinggearhobbingSupervisor:Prof.CaoMajor:MechanicalDesign&Manufacturing &AutomationCollegeofMechanicalEngineering Chongqing UniversityJune摘要摘要To meet the demand of green manufacturing is

2、an important feature of manufacturing, high-speed dry-cutting gear hobbing machine is the main equipment gear production, this r studiesTo meet the demand of green manufacturing is an important feature of manufacturing, high-speed dry-cutting gear hobbing machine is the main equipment gear productio

3、n, this r studies on high-speed dry-cutting gear hobbing basing on the characteristics of its important structural components (the bed), this focuson thebed structure designofhigh-speeddry-cuttinggear hobbing rly, this r the research yzing research situation on high-speed dry-cutting gear hobbing ma

4、chine 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 high-speed dry-cutting gear machines bed, ysis,selection of material andso on, it yses bed structure of high-speed

5、 dry-cutting gear hobbing machine, design sofhigh-speeddry-cuttinggearhobbingmachinesbedThen, with the use of 3d ing technology of CAD, on the of is characteristics about high-speed dry-cutting gear hobbing machines bed, a beFinally, this r builds up a finite element , and uses ANSYS to some researc

6、h on the bed, such as ysis, ysis, ysis,andalsoKeywords：High-speeddry-cutting,gearhobbingmachine,bedstructure目錄中1緒本本目錄中1緒本本本本章小2高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)設(shè)計流概本章小3高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)的建3.1 CAD簡3.1.1 CAD三維建模技術(shù)簡3.1.2 簡本章小高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)的有限元分ANSYS簡4高速干切滾齒機床身的動靜力分4.3 本章小5 參考文致1本本的研究，1本本的研究，2080年代以來，高速切削(HSC)切削具有降低切削力、工件熱變形小等特點，為干切削提

7、供了有利條件1。20 90的具體體現(xiàn)，干切削加工目前已經(jīng)成為工程領(lǐng)域的研究熱點之一2高速干切滾齒機6作為典型的機械制造裝備，在齒高速干切滾齒機6作為典型的機械制造裝備，在齒輪制造行業(yè)占有重要地位削力、重力等靜態(tài)力和動態(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1.1.2 課題來及干切削技術(shù)的國內(nèi)外研背景下發(fā)展起來的一項綠色切削加工技術(shù)，1995 年干切削的科學(xué)意義正式確立以干切削加工是一種理想的綠色制造工藝方法，據(jù)統(tǒng)計，目前德國有 20%56 個大氣壓力將液氮送往切削區(qū)實現(xiàn)干切削。 研發(fā)的“紅月牙”鑄鐵干切技術(shù)使切除率達到 49cm3/min，生產(chǎn)效率提高了 2 倍多。其它如英國、加拿、等

8、56 個大氣壓力將液氮送往切削區(qū)實現(xiàn)干切削。 研發(fā)的“紅月牙”鑄鐵干切技術(shù)使切除率達到 49cm3/min，生產(chǎn)效率提高了 2 倍多。其它如英國、加拿、等1.2.2 高速干切滾齒機的國內(nèi)外研究菱公司推出了世界上第一臺干切滾齒機，切削速度是傳統(tǒng)滾切速度的 2 MACH7切削時間降低 50%，而且表面粗糙度顯著降低，幾何精度大為提高3。近幾年，國際上著名的滾齒機制造商都在集中精力研發(fā)高速干切滾齒機8。 的GE25A在提高主軸與載物臺轉(zhuǎn)軸剛性的同時降低了發(fā)熱，并且提高了滾刀架的熱30%。由于控制盤和油壓裝置等外4萬余臺滾齒機360、70年 23 軸(直線運動軸)控高效滾齒機；全新的六軸 GE25A在

9、提高主軸與載物臺轉(zhuǎn)軸剛性的同時降低了發(fā)熱，并且提高了滾刀架的熱30%。由于控制盤和油壓裝置等外4萬余臺滾齒機360、70年 23 軸(直線運動軸)控高效滾齒機；全新的六軸 與國外類似滾齒機相比尚有一定的差距3。2008 機C 輪600HC 已進行了批量生產(chǎn)101112，可實現(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，實現(xiàn)了色環(huán)保加工，其加工效率是濕式切削的 23 60GB10095 。2010 8 動C7出、加工效率高，以及高性價比等特點，此機床最大加工直徑為 210mm，最大加工模數(shù)m，主軸最高轉(zhuǎn)速可達200r/in/T10095.2008的 7級，可以用于加工各種直、斜齒輪、雙聯(lián)或

10、多聯(lián)齒輪、小錐度齒、蝸輪、鼓形齒、鏈輪、花鍵等，特別適用于摩托車、汽車、起重機械、流體機械等行業(yè)的。1.2.3 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計的國內(nèi)外研究 機械工程師學(xué)會的“Optimal synthesis of compliant mechanisms usingand l FEA” 14生的成本，縮短設(shè)計用時15國內(nèi)在對機床床身結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時一般采用經(jīng)驗設(shè)計法16。例如和結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計原理，重慶理工大學(xué)的 等18在對一種精沖機床床身結(jié)構(gòu)進行19研究了一種數(shù)1.3 元分析各個章節(jié)的主要內(nèi)容如下CAD 元分析各個章節(jié)的主要內(nèi)容如下CAD ANSYS1.4 2概2.1.2 高速干切滾齒機床身材2概2.1.2 高速

11、干切滾齒機床身材長久以來，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。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，且形狀增強聚合物基材料、蜂窩鋁金屬等輕質(zhì)材料23開始應(yīng)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，且形狀增強聚合物基材料、蜂窩鋁金屬等輕質(zhì)材料23開始應(yīng)2.1.3 高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)特5 10 倍于常規(guī)切削速度進行切削加工的一種高速加工方法，高95%24曲等形式形成潛藏能外4，剩下的都轉(zhuǎn)化為熱能，且熱能集中在較小的幾個變形層壁結(jié)構(gòu)且前后完全對稱設(shè)計，合理布置床隔板(采用“井”字形肋)和肋條層壁結(jié)構(gòu)且前后完全對稱設(shè)計，合理布

12、置床隔板(采用“井”字形肋)和肋條2.1.4 高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)設(shè)計24。足夠的靜剛度和剛度重量抗失效能力）的重要指標(biāo)；意指床身抗扭彎變形能力的剛度床身關(guān)系整機的剛 床身結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，加工方便。床身結(jié)構(gòu)力求簡單，筋的布置和壁厚 保證排屑順暢。滾齒機宜采用方便排屑的立式主軸布置，在床身上應(yīng)留出屑對機床的影響將會更小等26橫復(fù)改變，且切削中有交變載荷的作用，如果床身的動態(tài)剛，容易產(chǎn)生整 具備較好的熱變形特性24。由于高速干切滾齒機的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度遠。屑對機床的影響將會更小等26橫復(fù)改變，且切削中有交變載荷的作用，如果床身的動態(tài)剛，容易產(chǎn)生整 具備較好的熱變形特性24。由于高速干切滾齒機

13、的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度遠。2.2 下所示的高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖（2.1：2.1 2.1 該依靠現(xiàn)有資料，深入了解國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，在任務(wù)書規(guī)定的框架內(nèi)，開始進行床身結(jié)構(gòu)設(shè)計的第二階段概念設(shè)計與總體設(shè)計。高速干切滾齒機不同于傳統(tǒng)滾齒機，要實現(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)計者必須清楚高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)的特點，對其床身設(shè)計的要求了然于胸，充分考慮結(jié)構(gòu)工藝性，在此基礎(chǔ)上進行床身設(shè)計。滾齒機床身結(jié)構(gòu)CAD身模型的建立后，就可以利用 ANSYS該依靠現(xiàn)有資料，深入了解國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，在任務(wù)書規(guī)定的框架內(nèi)，開始進行床身結(jié)構(gòu)設(shè)計的第二階段概念設(shè)計與總

14、體設(shè)計。高速干切滾齒機不同于傳統(tǒng)滾齒機，要實現(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)計者必須清楚高速干切滾齒機床身結(jié)構(gòu)的特點，對其床身設(shè)計的要求了然于胸，充分考慮結(jié)構(gòu)工藝性，在此基礎(chǔ)上進行床身設(shè)計。滾齒機床身結(jié)構(gòu)CAD身模型的建立后，就可以利用 ANSYS2.3 2.3 3CAD 三維建 CAD技術(shù)。CADComputer Aided Design（計算機輔助設(shè)計）的縮寫，作為是一門綜合性的設(shè)計技術(shù)，CAD體現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè) CADCAD3CAD 三維建 CAD技術(shù)。CADComputer Aided Design（計算機輔助設(shè)計）的縮寫，作為是一門綜合性的設(shè)計技術(shù)，CAD體現(xiàn)了傳

15、統(tǒng)設(shè) CADCAD21 3.1.2簡CAD 藝、分析計算、制造、裝配等環(huán)節(jié)，節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)成本28，大幅了新有： 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)Inventor，SolidEdge，SolidWorks，Pro/Engineer，CATIA，UGUG (Unigraphics) ，是一個交互式 之一。UG 于的29 通用汽車公司選中 作為全公司年代初，CAD/CAE/CAM/CIM UG UG 領(lǐng)域的強大實力27UG NX4.0 以進行并行工程設(shè)計，其主要功能29如3.1UGNX4.0UG 實體建模具體有以下優(yōu)點： UG UG 以進行并行工程設(shè)計，其主要功能29如3.1U

16、GNX4.0UG 實體建模具體有以下優(yōu)點： UG UG UG 實體建模功能強大，提供了概念設(shè)計和細節(jié)設(shè)計，具備對象顯示和面UG 3.2 UG 3.2 3.2 UG UG NX4.0 最先建立的那個特3.3 3.3 4有限元法簡組分析、剛度強度分析、模態(tài)分析、疲勞分析、和電磁4有限元法簡組分析、剛度強度分析、模態(tài)分析、疲勞分析、和電磁分析等等24。有限元分20 50 4.1.2 ANSYS 簡ANSYSANSYS12.031是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用ANSYS 如 發(fā)， 它能與多數(shù) 接口， NASTRANUGNXIDEAS,AutoCADCAE工具 100 進行有限元分

17、析，45100 進行有限元分析，45 24高速干切滾齒機床身有限元模型本UG 后通過 的接口將其轉(zhuǎn)換為 CAE 維實體模型轉(zhuǎn)換為 CAE CAE 修改，其基本原則33為(3) 4.1 4.2.2 高速干切滾齒機床身4.1 4.2.2 高速干切滾齒機床身的動靜力4.2 4.3 分析得出，靜態(tài)下，最大應(yīng)力（如圖 4.24.3 分析得出，靜態(tài)下，最大應(yīng)力（如圖 4.2）端面中心位置處，這是由于床身受到了工作臺及安裝在工作臺上的立柱的重力。由此可以發(fā)現(xiàn)，工作臺及右立柱的重量不容忽視，在進行優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)當(dāng)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)變出現(xiàn)在切屑落下的端面中心處，這是

18、由于導(dǎo)軌下方挖掉了一個用于排屑的空腔。通過靜力應(yīng)變云圖（4.3）3.79-4m，這樣的變形量對加工精度幾乎沒有影響，從而驗證了排屑空腔設(shè)置的合理性。建立在仿真基礎(chǔ)上的靜力的面中心處，均有較大的應(yīng)變值，然而最大應(yīng)變值也僅僅為 3.99E-4mm，對加工4.2.3 高速干的面中心處，均有較大的應(yīng)變值，然而最大應(yīng)變值也僅僅為 3.99E-4mm，對加工4.2.3 高速干切滾齒機床身的熱變形在 20 node solid 90 熱單元，定義床身材料導(dǎo)熱系數(shù) 58 W/(mK) 4.6 4.7 4.2.4 高速干切4.7 4.2.4 高速干切滾齒機床身的模態(tài)之一35，它造成加工誤差，從而影響零ANSYS

19、率和振型。定義床身材料為灰鑄鐵，彈性模量 E=1.18xl05 MPa，泊松比 u=0.25 10231 固有頻率123456 固有頻率123456 4.8 4.9 4.13 分析研究結(jié)構(gòu)模態(tài)36。4.8 4.13 4.13 分析研究結(jié)構(gòu)模態(tài)36。4.8 4.13 為4.3 5結(jié)論 高速干切滾齒機的排屑區(qū)域采用大斜面結(jié)構(gòu)，以達到快速排屑的目的，并5結(jié)論 高速干切滾齒機的排屑區(qū)域采用大斜面結(jié)構(gòu)，以達到快速排屑的目的，并包軒庭. 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(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: ,黃強,干式滾齒及其機床的單元技術(shù)研究與實

20、踐J. 機械設(shè)計,2008, 25(4): 8-乾. 機械設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ),. 面向綠色制造的高速干式切削滾齒機設(shè)計與評價技術(shù)研究D. , 學(xué)位6LiuRunai,LvMing.ResearchOnKeyTechnologiesOfDirect-DriveGearHobbingMachineDry-CuttingC. ernational Conference on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(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: ,黃強,干式滾齒及其機床的單元技術(shù)研究與實踐J. 機械設(shè)計,2008, 25(4): 8-乾.

21、 機械設(shè)計制造技術(shù)基礎(chǔ),. 面向綠色制造的高速干式切削滾齒機設(shè)計與評價技術(shù)研究D. , 學(xué)位6LiuRunai,LvMing.ResearchOnKeyTechnologiesOfDirect-DriveGearHobbingMachineDry-CuttingC. ernational Conference on Computer, Mechatronics, Control ElectronicEngineering(CMCE),2010:577-. CNC32 數(shù)控車床的床身設(shè)計J. 機械管理開發(fā), 2004, 愛保. 滾齒機及滾齒加工技術(shù)的發(fā)展趨勢J. 現(xiàn)代制造工程20031184-.

22、 HYPERLINK http:/n/ /content/2010/1217/282606.html, 2010, 張俊杰等.錐齒輪的高效干切技術(shù)J. ,2009,7: 30-,.C7動數(shù)控高速干切自動滾齒機J2006,1128-. 2008 對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. HYPERLINK http:/n/ /content/2010/0525/246252.html,2010,14 Hull,Partick V. Optimal synthesisofcompliant mechanismsusing FEA,AmericanSocietyofMechanicalEngineers.March,and . 基于有限元的車床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化D. 學(xué)位論王云霞. 基于元結(jié)構(gòu)的機床床身結(jié)構(gòu)性能分析與優(yōu)化設(shè)計J. 加工技術(shù)2009, (10):75-,. 基于有限元分析的數(shù)控機床床身結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法研究機械強度2005,27(3): 53-, 李艷霞等. 機機身結(jié)構(gòu)優(yōu)化J. 鍛壓技術(shù), 35(2):102-. 基于有限元法的鍛壓機床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計J. 鍛壓技術(shù), 2010, 35 (6): 74-. 復(fù)合材料機床床身特性分析與試驗研究D. ,金屬切削機床技術(shù)編寫組. 金屬切削機床