[25]，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使主軸箱體重量成功減輕了12.8835kg，幅度為17.89%，該優(yōu)化在數(shù)據(jù)中表明，既減輕了箱體的重量，還大幅度的提高了箱體的剛性，減小了箱體在受到載荷過程產(chǎn)生的位移和降低了箱體所受到的應(yīng)力，成功的實(shí)現(xiàn)了輕量化處理，并保證了主軸箱體的剛度。4.5本章小結(jié)本章使用了ANSYS軟件中的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析模塊和模態(tài)分析模塊，對主軸箱體進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，得出了主軸箱體的應(yīng)力區(qū)和非應(yīng)力區(qū)，根據(jù)使用ANSYS軟件系統(tǒng)，可以更明確的得出主軸箱體在受力時(shí)的整體情況，因此可以通過該軟件得出相應(yīng)的結(jié)論，并根據(jù)得出的相關(guān)數(shù)據(jù)，對主軸箱體模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)處理，根據(jù)靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和模態(tài)分析得出的結(jié)構(gòu)，可以明確主軸箱體的哪些區(qū)域需要優(yōu)化，將優(yōu)化后的主軸箱體再次導(dǎo)入ANSYS軟件系統(tǒng)，在同等材料、同等約束、同等載荷條件下，進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和模態(tài)分析，對得出的結(jié)論進(jìn)行對比，得到了輕量化并有足夠堅(jiān)固性的主軸箱體。

第五章技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析5.1成本效益分析本文對加工中心的主軸箱體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足強(qiáng)度與剛度等性能要求下，采用鋁合金6061-T6材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵材料，并使用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，大幅度減輕了箱體的重量，最終實(shí)現(xiàn)了約17.89%的質(zhì)量削減，通過有限元分析方法可以得出，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有良好的性能。在成本方面，鋁合金材料單價(jià)略高于鑄鐵，但其具有較好特性，且質(zhì)量較低能夠大幅度的降低能源使用，在長久加工過程中，具有顯著明顯的效果。5.1.1材料成本優(yōu)化前質(zhì)量為72.0185kg，優(yōu)化后質(zhì)量降低為59.1350kg，降低了12.8835kg，本文采用鋁合金6061-T6作為材料，該材料價(jià)格穩(wěn)定，假設(shè)為每公斤50元人民幣，優(yōu)化后成本材料計(jì)算：12.8835千克5.1.2加工和運(yùn)輸成本優(yōu)化設(shè)計(jì)采用三層平鋪網(wǎng)狀加強(qiáng)筋布局，簡化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少了材料的使用量和復(fù)雜成程度，加工難度降低10%左右，以中小型加工中心主軸箱體加工成本為2000元為例，優(yōu)化后可節(jié)約200-300元每件。因主軸箱體質(zhì)量減輕17.89%，大大降低了運(yùn)輸成本，假設(shè)單件運(yùn)輸成本為500元，優(yōu)化后可節(jié)約90元/件，重量減輕還大大降低了安裝成本及其他相關(guān)費(fèi)用。綜上：優(yōu)化后的主軸箱體在材料、加工、運(yùn)輸成本等方面均有大幅度降低，預(yù)計(jì)每件主軸箱可以節(jié)約500-700元，對于批量生產(chǎn)的企業(yè)，具有大幅度的經(jīng)濟(jì)提升。5.2工程與社會(huì)影響分析通過有限元分析和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化處理，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與輕量化兼顧，為主軸箱體的設(shè)計(jì)提供了新思維，鋁合金6061-T6材料以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的選用，大大提高了剛度并降低了主軸箱體的質(zhì)量。輕量化的設(shè)計(jì)降低了能源損耗，提高了加工中心的生產(chǎn)效率，符合現(xiàn)代綠色生產(chǎn)的思想，成本的降低增強(qiáng)了市場競爭性，有助于推動(dòng)制造業(yè)向高速化發(fā)展。5.3環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展分析主軸箱體質(zhì)量減少17.89%，即降低了12.8835kg的材料使用，直接降低了原材料的開采以及加工過程中的能源消耗，以生產(chǎn)鋁合金為例，每生產(chǎn)1kg鋁合金大約產(chǎn)生10kgCO2的排放，因此優(yōu)化后設(shè)計(jì)可以每件降低128.835kgCO2的排放，此外鋁合金6061-T6具有較高的回收利用率，直接減少了廢棄物對環(huán)境的影響。5.4本章小結(jié)通過成本效益分析、工程與社會(huì)影響分析和環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展分析三方面可知，優(yōu)化后主軸箱體具有較強(qiáng)的可行性，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度與輕量化兼得，并大幅度的節(jié)省成本，增大了加工效率，降低了材料的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展。

第6章結(jié)論與展望6.1結(jié)論通過對立式中小型加工中心主軸箱體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、有限元分析并進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文在理論與仿真驗(yàn)證中，已經(jīng)成功的完成了主軸箱體的輕量化目標(biāo)，同時(shí)提升了箱體的剛度、強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)性能，滿足了現(xiàn)代制造業(yè)對于高效率、低能耗的強(qiáng)烈需求。本文首先明確了主軸箱體的設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過查閱文獻(xiàn)、期刊等資料，了解了加工中心主軸箱體的工作環(huán)境，根據(jù)不同材料的對比，兼顧輕量化特點(diǎn)，選用了鋁合金6061-T6作為主軸箱體材料，該材料耐腐蝕性優(yōu)良，適合加工中心濕潤環(huán)境工況，該材料價(jià)格適宜，各項(xiàng)參數(shù)較優(yōu)，利用UG三維建模軟件繪制三維模型，依次使用ANSYS軟件中靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析模塊和模態(tài)分析結(jié)構(gòu)模塊，全面評估該主軸箱體模型的力學(xué)特性，根據(jù)分析數(shù)據(jù)可知，假設(shè)在銑削過程中切削45號鋼的工況下產(chǎn)生6044N的軸向、徑向力，初始設(shè)計(jì)主軸箱體最大變形量為4.947mm，最大等效應(yīng)力為288.94MPa，接近材料的抗拉強(qiáng)度極限，具有一定風(fēng)險(xiǎn)，模態(tài)分析結(jié)果，前三階固有頻率分別為40.777Hz、76.172Hz、138.15Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于主軸工作時(shí)的激勵(lì)頻率（300-333Hz），因此不會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，根據(jù)分析結(jié)果需對主軸箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，對箱體內(nèi)部加強(qiáng)筋排布進(jìn)行優(yōu)化，采用三層平行網(wǎng)狀加強(qiáng)筋進(jìn)行排布，大大削減了箱體的質(zhì)量，并在箱體的固定支撐區(qū)域增厚處理，對于主軸套筒及周邊區(qū)域采取封裝設(shè)計(jì)，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的主軸箱體，質(zhì)量從72.0185kg下降為59.1350kg，減重幅度為17.89%，再次對優(yōu)化后的主軸箱體模型進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果顯示，優(yōu)化后的主軸箱體最大變形量為3.3707mm，最大應(yīng)力為206.82MPa，經(jīng)過分析優(yōu)化后的結(jié)果較原結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定且質(zhì)量更輕，符合輕量化特點(diǎn)，根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，優(yōu)化后主軸箱體的前三階的固有頻率為51.688Hz、82.094Hz和160.83Hz，根據(jù)數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后設(shè)計(jì)的主軸箱體在減輕重量的同時(shí)，大大提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)性能。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展分析，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的主軸箱體，可節(jié)約每件500-700元，大大提高了市場競爭性，且大大減少二氧化碳的排放量，符合綠色生產(chǎn)要求，綜上所述，本文通過理論分析、軟件仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化處理，成功實(shí)現(xiàn)了主軸箱體的輕量化設(shè)計(jì)，并提升了綜合性能，為未來主軸箱體的創(chuàng)新型優(yōu)化提供了可行的參照。6.2展望本文在主軸箱的輕量化研究取得了較為可觀的成果，但也存在較多不足，在材料選擇方面，本文選用的鋁合金6061-T6材料雖滿足當(dāng)下需求，但對于未來更高性能的需求，需探索新型材料、添加碳纖維組成復(fù)合材料等方式方法，增加結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性與可靠性，主軸箱體在長時(shí)間工作中變形情況和應(yīng)力分布情況可能會(huì)出現(xiàn)偏差，因此針對該問題仍需采用更優(yōu)手段對主軸箱體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)處理，本文僅對主軸箱體內(nèi)部掏空散熱處理，仍需外界物理降溫手段，另外，理論分析的建立仍需實(shí)際情況證實(shí)，更加需要研究多種工況下的工作狀態(tài)，以保證主軸箱體在加工中心長時(shí)間工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性與可靠性。

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