基于有限元分析的臥式數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能也提出了越來(lái)越高的要求。在機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中有必要對(duì)重要承載部件進(jìn)行靜剛度和動(dòng)態(tài)性能的分析，并建立整機(jī)的精準(zhǔn)有限元模型進(jìn)行優(yōu)化以提升整機(jī)性能。因此，本文使用有限元的方法對(duì)數(shù)控機(jī)床分析，對(duì)床身進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用變量化分析的方法對(duì)床身進(jìn)行參數(shù)分析和靈敏度分析，依據(jù)多目標(biāo)尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果確定了床身優(yōu)化方案，建立含有結(jié)合部的整機(jī)模型，對(duì)整機(jī)性能進(jìn)行了優(yōu)化。本文以CKL630D臥式床身車床為

2、應(yīng)用對(duì)象，將相關(guān)理論進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本文首先對(duì)涉及到的基礎(chǔ)理論進(jìn)行闡述。介紹了有限元思想，給出了有限元法運(yùn)用的方法步驟。并對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念和算法進(jìn)行了列舉說(shuō)明。
　　對(duì)車床的具體工況進(jìn)行分析。計(jì)算載荷，包括最大扭矩計(jì)算，切削力確定及切削抗力的計(jì)算。建立床身力學(xué)簡(jiǎn)化模型，通過(guò)理論計(jì)算對(duì)力學(xué)模型進(jìn)行求解。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，確定典型工況典型位置。
　　床身是數(shù)控機(jī)床的主要承載部件，在整機(jī)中占有非常重要的作用，床身的靜動(dòng)態(tài)特性

3、直接影響整個(gè)機(jī)床的加工精度。對(duì)床身進(jìn)行三維建模，并運(yùn)用有限元方法使用分析軟件ANSYSworkbench對(duì)床身模型進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析。由靜力分析得到床身在不同工況位置下的強(qiáng)度和剛度。通過(guò)模態(tài)分析獲得床身前6階模態(tài)的固有頻率及振型。找出床身薄弱環(huán)節(jié)，作為床身優(yōu)化的依據(jù)。應(yīng)用變量化分析尺寸優(yōu)化方法和拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)床身結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行優(yōu)化。將肋板尺寸設(shè)置為多個(gè)參數(shù)變量，以參數(shù)分析和靈敏度分析結(jié)果為依據(jù)，對(duì)床身進(jìn)行多目標(biāo)尺寸優(yōu)化。再以最小柔度為

4、約束，對(duì)床身進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，依據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果對(duì)床身內(nèi)部肋板進(jìn)行重新布置并得到新的床身結(jié)構(gòu)。對(duì)比評(píng)價(jià)這兩種優(yōu)化結(jié)果，確定床身結(jié)構(gòu)最終方案。
　　考慮結(jié)合面的特性對(duì)整機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模并分析。分別建立導(dǎo)軌結(jié)合部和螺栓結(jié)合部的等效動(dòng)力學(xué)模型。采用彈簧阻尼單元對(duì)結(jié)合面進(jìn)行等效建模，根據(jù)赫茲定律和吉村允孝積分法計(jì)算得到各結(jié)合面參數(shù)。通過(guò)分析得到考慮結(jié)合面影響的整機(jī)動(dòng)態(tài)性能。最后對(duì)螺栓結(jié)合部進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)改變螺栓布置數(shù)量和直徑大小使整機(jī)動(dòng)態(tài)性能