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本文通過對機床結(jié)構(gòu)進行科學的設(shè)計并針對主要部件進行動力學有限元分析研究有效的保證了機床的性能，從而保證企業(yè)的生產(chǎn)效益。
機床的加工條件：圓柱類的零件，車削內(nèi)、外表面，直徑加工范圍200-1400mm，高度加工范圍100-800mm，IT6-IT8級精度，粗糙度3.2-0.8μm，采用西門子系統(tǒng)。
立式車床主運動為電機通過三級齒輪傳遞扭力帶動卡盤旋轉(zhuǎn)，切削運動是由刀架自身的升降進給以及刀架在橫梁上的水平進給。機床底座和主軸使卡盤在水平面有5個自由度的約束。為了增加抗震性，機床的進給通過精密滾珠絲杠伺服電機，提高了切削的穩(wěn)定性，以傾斜的鈑金為隔離形式，切屑與機床本體間接接觸，直接落入卷屑機中，避免機床產(chǎn)生額外的熱變形，內(nèi)部主軸軸承和齒輪產(chǎn)生的熱量將采用液壓油噴射冷卻。
主運動是旋轉(zhuǎn)運動的機床，運動參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。若選取較大動力參數(shù)，則傳動件的結(jié)構(gòu)尺寸大，導致機床笨重，增加制造成本的同時，還增加機床工作中空載功率，又浪費電力；若選取小動力參數(shù)，機床傳動鏈和電動機長期超載工作，則縮短機床的使用壽命。電動機功率估算如下：Pm為切削功率；η為主傳動鏈的總效率；FZ為主切削力；v為切削速度；ap為背吃刀量；f為進給量；KFZ為總修正系數(shù)，機床的傳動效率、尺寸及內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)由傳動結(jié)構(gòu)表示。本文設(shè)計的機床在確保較大尺寸零件的精加工基礎(chǔ)上，還要減少外觀空間結(jié)構(gòu)，采用西門子伺服系統(tǒng)及三段式內(nèi)部齒輪傳動方式�？梢詽M足精度、轉(zhuǎn)速的要求，及數(shù)據(jù)的通信，此外其結(jié)構(gòu)也比較緊湊。考慮到加工零件的精度需求以及各傳動軸承能夠承受的最大轉(zhuǎn)速：根據(jù)卡盤軸承尺寸選擇最大承載轉(zhuǎn)速nw=430rpm；總傳動比i=nMax/nw=4500/430=10.47；選擇主傳動的傳動比i1=d1/d2=4.3。
齒輪傳動適用于短距離傳動的機構(gòu)。齒輪的材料、熱處理、精度以及齒數(shù)確定要求如下：
a.保證零件的加工精度，傳動速度不低于8級精度。
b.齒輪的材料為45鋼。
c.確定齒輪齒數(shù)原則：在滿足輸出轉(zhuǎn)速準確的同時，減少齒數(shù)，確保齒輪結(jié)構(gòu)、尺寸緊湊。其中最少齒數(shù)不小于17。工作環(huán)境在閉式齒輪傳動中能有保證，同時對轉(zhuǎn)速有較高要求，通過選用大量齒數(shù)促進傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊振動，延長壽命。
d.校核齒面接觸疲勞強度；校核齒根彎曲疲勞強度。
軸在機器中的空間位置、形式，水平或立式是軸在設(shè)計時要考慮的因素，此外，連接的方法和連接零件的類型以及所受載荷的分布情況也要考慮，載荷的性質(zhì)大小，機械加工工藝以及材料的力學性能也要考慮。
結(jié)構(gòu)動力分析主要是為了確定載荷是否影響全部結(jié)構(gòu)或部件，此外還要考慮是否影響阻尼及慣性效應(yīng)；諧響應(yīng)分析是為了確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時間按正弦規(guī)律變化的載荷下穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)，主要是為了計算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)，同時獲取相應(yīng)的響應(yīng)值即位移對頻率的曲線。由于誤差或磨損的存在，機床在切削過程時產(chǎn)生周期性的振動，零件的表面會產(chǎn)生波紋。本文中設(shè)定掃頻范圍以及頻率點步長，變化范圍為0-1000Hz，平均間隔為100。距卡盤中心650mm外側(cè)表面施加150000N的向下的力�？芍C響應(yīng)分析最大頻率時對應(yīng)的應(yīng)力值。
以上可計算出當頻率點不一致時的位移值，也可以計算出等效應(yīng)力值。當頻率為f=580Hz時，幅值最大，對應(yīng)的等效應(yīng)力值見圖2.2。圖中應(yīng)力最大值兩個值全部超出所允許范圍。由此可知，在機床運轉(zhuǎn)過程中，要盡量避免此頻率的外激勵。
通過對機床結(jié)構(gòu)的動力學分析得出有害頻率為580Hz，因此對機床引起危害振動控制時，處理底座支承部分圓角，加厚其螺紋孔處結(jié)構(gòu)。
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