摘 要

剐齿技术是一项全新的齿轮制造技术，具有许多生产效率高、加工精度高、加工范围广等多重优势，生产出来的齿轮啮合性能优异。本文以数控剐齿机床为对象，对主轴箱进行静动态性能进行研究及结构优化设计。主轴箱属于数控剐齿机床的关键零部件，在确保安全的范围内对箱体结构和尺寸数据依据优化结果进行修改，实现提高主轴箱的综合工作性能的目的。主要的研究工作如下：

1. 介绍了剐齿技术的基本原理、技术特点以及国内外发展状况；

2. 针对某型号的精密数控剐齿机床的主轴箱，建立了计算机三维模型；

3. 基于Ansys软件的WorkBench对主轴箱进行了静力学、模态方面的有限元分析以及优化设计。

经过优化设计后的箱体校核结果表明，优化后的箱体强度、刚度和抗振性等指标不变，但在节省材料和重量的减轻方面十分有成效。

关键词： 数控剐齿机 WorkBench 模态分析 静力学分析 优化设计

Optimized Design of Spindle Box of CNC Gear Skiving Machine

ABSTRACT

Gear skiving technology is a new gear manufacturing technology. It has many advantages, such as high production efficiency, high processing accuracy and wide processing range. The meshing performance of the produced gear is excellent. In this paper, the static and dynamic performance of the spindle box is studied and the structure optimization design is carried out with the CNC gear skiving machine as the object. The spindle box is a key part of CNC gear skiving machine tool. In order to improve the comprehensive performance of the spindle box, the structure and size data of the spindle box are modified according to the optimization results within the scope of ensuring safety. The main research work is as follows:

1. Introduce the basic principle, technical characteristics and development status of gear skiving technology at home and abroad.

2. Aiming at the spindle box of a precise CNC gear skiving machine, a three dimensional computer model is established.

3. Based on WorkBench of Ansys software, the static and modal finite element analysis and optimization design of the spindle box are carried out.

The result of checking the optimized box shows that the strength, stiffness and vibration resistance of the optimized box remain unchanged, but it is very effective in saving materials and reducing weight.

Keywords: CNC gear skiving machine tool; WorkBench; Modal analysis;

Static structural analysis; Optimum design

目录

第一章 绪论 1

1.1课题的背景和意义 1

1.2 剐齿技术的概念 2

1.3 剐齿技术的特点 3

1.4 技术发展历程和国内外进展 6

1.5课题研究内容和路线 8

第二章 剐齿机的主轴箱 9

2.1主轴箱的设计要点 9

2.2建立主轴箱的三维模型 11

2.3本章小结 15

第三章 对主轴箱的分析环节 16

3.1常用的分析方法介绍 16

3.2静力学分析 17

3.3模态分析 22

3.4 本章小结 23

第四章 主轴箱优化设计以及校核 24

4.1优化方法 24

4.2优化步骤实施 26

4.3校核 30

4.4优化结果分析 32

4.5设计经济效益评估 36

4.6本章小结 36

第五章 结语及展望 37

5.1结论汇总 37

5.2未来展望 37

参考文献 38

致谢 40

绪论

1.1课题的背景和意义

剐齿技术，又可以称作车齿技术，它是一项在近十余年的时间以内才逐步走向成熟的的齿轮加工技术。剐齿技术虽然目前仍十分年轻，但以其优异的性能和过硬的各项指标，已经被许多机械工程师所熟知、实践运用。

我们全人类对齿轮的使用、制造有着相当悠久的历史。但这明显不能代表齿轮加工领域已经足够先进，无需继续发展下去了。我们人类的生活与生产离不开机械加工制造，而机械制造更永远离不开齿轮；更优的生产技术、更先进的齿轮制造工艺的方法将创造出更为高效、精密、耐用的齿轮，并改善它们的工作性能，是永恒的话题，也是广大的机械领域工作者所始终追求的目标。

剐齿机的问世，给齿轮加工这一领域注入了新鲜血液。不仅如此，它更是一个开天辟地的、全新的研究方向。我们一直以来所熟悉的插齿、滚齿、铣齿等传统技术已经诞生了较长时间，这些传统加工工艺现如今已经渗透到了机械加工的方方面面、每个角落。但齿轮剐削的制造技术是焕然一新的，并且还拥有之前的传统工艺无法比肩的许多强大的优点。这件新事物的诞生无疑给我们带来了更多的信心和动力，也有助于齿轮加工技术的进一步发展。

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