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1、毕业设计任务书1设计的主要任务及目标在深入了解CA6140车床主轴箱工作原理的基础上，分析传动方案，实现主轴箱传动系统参数的优化设计。2设计的基本要求和内容（1）建立CA6140车床主轴箱传动系统的优化数学模型，确定优化目标；（2）选择优化算法，进行优化设计，并比较优化结果；（3）编写设计说明书。3主要参考文献1 狄瑞坤.机械制造工程M. 浙江大学出版社2 孙恒.机械原理M. 北京：高等教育出版社，2006.53 李元科.工程最优化设计M. 北京：清华大学出版社，2006.54 赵广元.MATLAB与控制系统仿真实践M. 北京：北京航空航天大学出版社4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅
2、资料，总体规划，完成开题2014.3.032014.3.162分析传动方案，建立数学模型2014.3.172014.4.133选择优化算法，学习相关软件2014.4.142014.5.114进行优化设计，比较优化结果2014.5.122014.5.315整理毕业论文，准备答辩2014.6.012014.6.10CA6140车床主传动箱传动系统优化设计摘要：CA6140车床是比较典型的卧式车床，其适用工艺范围广，通用性好，适合加工各类轴类和套件类零件。因其结构复杂，自动化程度不高，加工的辅助时间比较长，故建立数学模型，对主轴箱优化设计，提高设备的自动化水平和精密程度。因此，普通车床主轴箱的设计在
3、我国有很广阔的市场。 本文以CA6140车床为研究对象，结合具体机床进行具体分析，本设计要分析相关资料，加深对CA6140主轴箱工作原理的理解。采用MATLAB软件中的fmincon函数，进行编程。选择传动链中传动齿轮的体积和最小为优化目标，进行主轴箱传动系统优化设计。为了使主传动系统体积明显减小，结构比原来紧凑，技术经济性更加合理，利用机械优化设计的有关方法，对此机床的进行改造设计。关键词：CA6140机床，主轴箱，传动系统，优化设计Optimization design of CA6140 lathe main drive transmission systemAbstract：CA614
4、0 horizontal lathe lathe is typical, its wide range application scope,good versatility, is suitable for processing all types of shaft and kit parts.Because of its complex structure, the degree of automation is not high, the auxiliary time processing is relatively long, so the establishment of mathem
5、atical model, the optimization design of spindle box, and improve the level of automation equipment and precision. Therefore, ordinary lathe headstock design in China has a very broad market. In this paper, the CA6140 lathe as the research object, combined with the specific machine tool was analyzed
6、, the design analysis of relevant information, to deepen the understanding of the working principles of CA6140 spindle box. Using fmincon function in MATLAB software,programming. Select the drive gear in the volume and minimum as the optimization objectives, optimization design of spindle box drive
7、system. In order to make the main drive system has smaller size, compact structure than the original, more reasonable technology economy, using the method of mechanical optimization design, the design of machine tool.Keywords: CA6140 machine, headstock, transmission, optimization design目 录1 前 言11.1
8、研究现状11.2 研究背景、目的及意义11.3 论文主要研究内容22 优化设计理论及基本知识32.1 优化设计简介32.1.1 优化设计概述32.1.2 优化设计的一般过程32.1.3 数学模型三要素42.1.4 优化设计方法的选择52.2 MATLAB简介52.2.1 MATLAB概述52.2.2 MATLAB软件的特点62.2.3 MATLAB的fmincon函数73 CA6140车床的数学模型83.1 CA6140车床简介83.1.1 车床组成83.1.2 CA6140车床的主参数103.1.3 车床的运动113.2 CA6140传动系统113.2.1传动路线分析113.2.2传动结构式
9、133.2.3传动平衡式144 数学模型的建立164.1 CA6140主轴箱的数学模型164.1.1 设计变量的确定174.1.2 目标函数确定184.1.3 约束条件确定194.2 优化设计数学模型求解204.2.1 编写目标函数214.2.2 编写非线性约束的m文件214.2.3 计算结果分析21结 论24参考文献25致 谢27I 太原工业学院毕业设计 1 前 言1.1 研究现状在一般机器制造厂中，车床在金属切削机床中所占的比重最大，约占金属切削机床总台数的20%-35%。由此可见，车床的应用是很广泛的，而卧式车床总台数约占车床类机床的60%左右1。CA6140型车床是我国设计制造的典型的
10、卧式车床，在我国机械制造类工厂中使用极为广泛2。它可用于加工多种零件的不用工序，加工范围较广，通用性较大，但结构比较复杂。这种机床主要适用于单间小批生产3。其缺点是自动化程度不高，无法加工复杂型面，工作效率低，故障率高。各进给系统采用的是法兰盘式电动机，调速范围窄，CA6140无法实现无级调速。加工精度已远远达不到要求。 总的来说，我国机床工业发展迅速，成就巨大。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大的差距。同时，机床临时运转甚至超负荷应用，同时又缺乏仔细的培修与保养，形成机床严重磨损，损失了精度；因为新产品制造的需要，原有机床性能已不能满意应用请求，急需更新晋级改造；有些机床则因
11、为企业人员及产品构造的改变，或因为技巧气力缺乏而被临时闲置，需要应用时却发明早已锈迹斑斑，电控体系不能起动；因为世界盘算机及网络技巧的飞速开展，形成数控体系、驱动体系厂的产品更新放慢，原有产品过早停产，给备件改换与培修带来肯定艰难；况且数控体系的应用寿命个别在5-10年，而我国大多数机床都在超期退役。这些落伍的车床都面临一个问题就是必须大修和进行改造。1.2 研究背景、目的及意义金属切削机床（Metal cutting machine tools）是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造及其的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”（Metal tools），习惯上简称为机床4。
12、机械工业担负着为国民经济部门提供先进技术装备的任务，机床工业是机械制造工业的重要组成部分，是为机械工业提供先进加工装备和加工技术的“工作母机”工业。一个国家机床的拥有量、产量、品种和质量，是衡量其工业水平的标志之一。因此，机床工业在国民经济中占据着重要地位。车床作为机床中使用最广泛的一种类型，无疑是在制造加工领域中的占有十分重要的地位。车床的种类很多，按其结构和用途，主要分为以下几类：卧式车床及落地车床、立式车床、转塔车床、单轴和多轴自动和半自动车床、仿形车床和多刀车床、数控车床和车削加工中心以及各种专门化车床，其中，普通卧式车床是应用最广范的，例如：CA6140车床5。 当前，世界经济正向全
13、球化发展，正在进行着国际间的以知识经济为目标的产业结构大调整，工业发达国家正加速发展高科技产业，而将装备制造业等第二产业逐步向发展中国家转移。这对我国来说是个难得的机遇。但是由于我国大部分机床使用年代已久，自动化程度低，生产效率和加工精度都难以提高，有些机床无法实现无极调速，很多机床都已经面临大修或者改装。因此，本课题重点研究CA6140车床的优化。当前，现代机械制造业向着低消耗、高效率的方向发展， 并且中国与德国、瑞士、日本等机床制造强国相比，差距非常大，即使与韩国、中国台湾相比，也存在着不小的差距；这种差距，一方面是我们落后的表现，另一方面，又说明我们有非常大的提升空间。因此，机床的优化，
14、特别是车床优化是十分必要的。1.3 论文主要研究内容本课题的名称是：CA6140车床主传动箱传动系统优化设计。本课题首先要结合相关资料，认真学习CA6140车床主轴箱的构造及主传动系统的传动原理，并认真学习机械优化设计以及MATLAB软件的应用。其次，在分析完车床的传动原理之后，建立数学模型。最后，用MATLAB软件进行编程，对传动系统的参数进行优化设计，以便达到最佳效果。2 优化设计理论及基本知识2.1 优化设计简介2.1.1 优化设计概述优化用数学语言来说，就是找出给定的函数在某些限制条件下的最小值或最大值。将该最小值（或最大值）称为最优值，相应的解即变量的一组取值（变量值）称为最优点，两
15、者统称为最优解。求解的方法称为优化方法（或最优化方法），求解的过程称为优化过程6。在进行机械产品设计时，根据规定的约束条件，经过分析计算，优化设计参数，使某项或几项设计要求获得最优值，这就是机械优化设计7。优化设计与传统设计相比，具有如下三个特点：（1）设计的思想是追求最优（设计）；（2）设计的方法是优化方法；（3）设计的手段是计算机。2.1.2 优化设计的一般过程机械优化设计的全过程一般可分为如下几个步骤：（1）建立机械优化设计数学模型。解决机械优化设计问题的关键是建立正确的数学模型，为此，要正确的选择设计变量、目标函数和约束条件，同时要求建立的数学模型容易处理和求解。（2）选择适当的优化方法。选择优化方法的主要依据是数学模型的特征。如优化问题维数的多少；目标函数的连续性及其一阶、二阶偏导数是否存在和是否易于求得；有
