外文翻譯--對于數(shù)控車床尾座主體的特性分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì) 中文版

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯</p><p>　　原 文 題 目：Characteristic Analysis and Optimization </p><p>　　for The Tailstock Body of The NC Lathe </p><p>　　原 文 來 源：Advan

2、ced Materials Research Vol. 1037 </p><p>　?。?014）pp 41-44 © (2014)Trans Tech Publications, </p><p>　　Switzerland </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： &

3、lt;/p><p>　　所在院(系)部： 工業(yè)中心 </p><p>　　專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 </p><p>　　對于數(shù)控車床尾座主體的特性分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　作者： 魯墨武，李明杰</p><p><b>

4、　　江蘇，湖北，中國</b></p><p>　　關(guān)鍵詞：尾座主體;靜態(tài)分析;模態(tài)分析;拓?fù)鋬?yōu)化;工作臺;</p><p>　　摘要：數(shù)控車床尾座主體的性能特點(diǎn)是對數(shù)控車床的加工精度有非常大的影響的。 SolidWorks的這款應(yīng)用軟件就是用于建立數(shù)控車床尾座主體的實(shí)體模型的的軟件，然后將這個軟件所建立的數(shù)控車床的尾座主體的實(shí)體模型導(dǎo)入到工作臺的軟件中進(jìn)行有限元分析并且總結(jié)關(guān)于

5、數(shù)控車床尾座主體的實(shí)體模型的動態(tài)特性和靜態(tài)特性。并且根據(jù)對拓?fù)鋬?yōu)化分析的結(jié)果分析得出，使其優(yōu)化后的數(shù)控車床的尾座主體可以保證這個尾座主體不僅能滿足數(shù)控車床的性能特點(diǎn)和要求，并且能保證優(yōu)化后還可以降低此數(shù)控車床尾座主體的5％的重量。在為數(shù)控車床的尾座主體節(jié)省材料的同時也可以減少數(shù)控車床的尾座主體的運(yùn)動慣性等特點(diǎn)，并且這個優(yōu)化還可以提高數(shù)控車床的尾座主體的加工精度。</p><p><b>　　前言<

6、/b></p><p>　　數(shù)控車床的尾座主體是數(shù)控車床中部件的重要的組成部分，數(shù)控車床的尾座主體在數(shù)控車床加工中起到了定位和夾緊工件的作用。數(shù)控車床的尾座主體的靜態(tài)特性和動態(tài)特性在對于數(shù)控車床的加工精度和數(shù)控車床的穩(wěn)定性有著直接的影響。當(dāng)在重型數(shù)控車床上加工的部位不同時，數(shù)控車床的尾座需要往復(fù)的運(yùn)動來完成夾緊工件和定位工件的任務(wù)。由此可以看出，這些要求需要數(shù)控車床的尾座主體的重量比較輕，要使其盡可能的增加

7、該數(shù)控車床的尾座主體的靈活性能。在本篇文章中，是以一種型號為HTC100的數(shù)控車床尾座箱作為例子的，要通過建立一個準(zhǔn)確的數(shù)控車床尾座主體的物理模型，并切利用ANSYS Workbench中的軟件來完成有它的有限元分析，然后將其拓?fù)鋬?yōu)化，并使其取得較好的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)。為數(shù)控車床的尾座主體的合理設(shè)計(jì)提供了一個可行的參考。</p><p><b>　　有限元模型</b></p>&l

8、t;p>　　圖1（a）是一臺型號為HTC100的數(shù)控車床尾座主體的主體結(jié)構(gòu)，此型號的數(shù)控車床尾座裝配在如圖所示的上和下側(cè)機(jī)殼與圖1的（b），（c）通過滑軌而形成的。此數(shù)控車床的尾座的底部用螺旋固定在數(shù)控車床上。</p><p>　　圖1：（a）數(shù)控車床的尾座盒模型 （b）上盒模型 （c）降低盒模型</p><p>　　型號為HTC100的臥式數(shù)控車床的尾座是

9、由材料為HT300的灰鑄鐵鑄造而成的。</p><p>　　材料為HT300灰鑄鐵的模量是1.43E11帕，它的泊松比為0.27和其密度是7340公斤/立方米。</p><p>　　圖中所示的網(wǎng)格圖像是有限元分析的一個重要組成部分。本文是在符合了屬于四面體方法網(wǎng)數(shù)控車床尾座盒模型的方法下選擇的補(bǔ)丁。至于為什么會選擇該方法的原因是因?yàn)樗欠浅５目焖俸捅憬莸?，這種分析幾乎可以適用于任何復(fù)雜的幾

10、何形狀;并且在于重點(diǎn)區(qū)域的近似尺寸可以將其細(xì)化。如在圖2中所顯示出來的網(wǎng)狀后所得到的有限元模型視圖，圖中節(jié)點(diǎn)模型的數(shù)量是55973和單元的總數(shù)為32024。</p><p>　　圖2：數(shù)控車床的尾座盒的有限元模型。 圖3：數(shù)控車床的尾座框的邊界條件</p><p>　　數(shù)控車床的尾座盒必須要通過分析靜態(tài)力學(xué)性能和尾座箱的動態(tài)力學(xué)性能，其中包括力、扭矩和支撐面之間應(yīng)用在ANSY

11、S的數(shù)控車床的尾座盒子的邊界條件。數(shù)控車床的尾座主體在內(nèi)部的應(yīng)力也是主要來自于零部件的自身重力。除了受到了數(shù)控車床的尾座盒內(nèi)部零件重量的影響外，數(shù)控車床的尾座盒同時也受到了在加工過程中的切割力和力矩的影響。</p><p>　　取軸加工為例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加工的數(shù)據(jù)表明，數(shù)控車床的尾座的夾緊力是5.28KN，車床的最大切割力為60KN。車床的主切削力為53.4KN，車床的回力為18.6KN和車床的供給力為20.4KN。

12、應(yīng)力分析完后，力和力矩的數(shù)據(jù)如下面所示：FX=560N，F(xiàn)Y=1572350N， fZ=15120N，M =8811N.m。數(shù)控車床的尾座主體需要固定在數(shù)控車床上，應(yīng)用這些力和力矩到數(shù)控機(jī)床的尾座盒的每個表面，所以可以看出數(shù)控車床的尾座箱體的主體底部被固定約束了。邊界條件在工作臺施加如圖3上所示的。</p><p><b>　　有限元分析</b></p><p>　　

13、靜態(tài)分析的結(jié)果對于數(shù)控車床的尾座主體是一個特別重要的且具有價(jià)值的參考值，以便于用來優(yōu)化數(shù)控車床的尾座框體的結(jié)構(gòu)性能。如圖4上所示的，數(shù)控車床的尾座框體的最大位移靜態(tài)圖像的分析結(jié)果應(yīng)是1.23E-004米，數(shù)控車的床尾座的最大應(yīng)力應(yīng)為4.44E+007Pa。結(jié)果顯示所表明，數(shù)控車床的尾座盒子的最大位移是很微小的，所以這個數(shù)控機(jī)床的尾座能夠滿足此型號的車床所要求的精度要求。HTC100數(shù)控車床中HT300所能承受的極限應(yīng)力應(yīng)該為300兆帕。

14、數(shù)控車床的尾座箱的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的極限應(yīng)力，數(shù)控車床的尾座的箱體剛性符合車床所要求的剛性，因此，數(shù)控車床的尾座還可以進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　在有限元分析的過程中，數(shù)控機(jī)床所產(chǎn)生的由噪聲和振動的相互作用所形成的周期性變激發(fā)力。這種情況非常容易引起共振時的激振力的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相同或成整數(shù)。這很有可能將減少數(shù)控機(jī)床的加工精度和穩(wěn)定性能。因此很有必要開展數(shù)控車床的尾座框的模態(tài)分析。<

15、;/p><p>　　圖4數(shù)控車床的尾座主體的位移和應(yīng)力云圖</p><p>　　此后在ANSYS箱的模態(tài)分析結(jié)果中表明，模態(tài)分析中的前六階的模態(tài)如表一中所示的結(jié)論：HTC100的數(shù)控車床主軸的最大速度為200轉(zhuǎn)，頻率為3.33Hz。因此由模態(tài)分析的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示可以看出，數(shù)控車床的尾座的激發(fā)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)的要小于從表1本身的第一階到第六階的頻率。</p><p><b&g

16、t;　　拓?fù)鋬?yōu)化</b></p><p>　　拓?fù)鋬?yōu)化是指找到用于使目標(biāo)的體積（整體剛度，固有頻率等）給定的約束條件下是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)材料的最佳解決的方案。在工作臺的使用“形狀優(yōu)化”功能來完成數(shù)控車床的尾座箱的拓?fù)鋬?yōu)化。數(shù)控車床的尾座所要優(yōu)化的目標(biāo)被初始所設(shè)定為5％，那么要解決這個問題，數(shù)控車床的尾座所優(yōu)化的結(jié)果顯示在圖5中。</p><p>　　圖5中的拓?fù)鋬?yōu)化云圖

17、 圖6中的幾何結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化</p><p>　　由于圖中所顯示的帶紅色可切除的區(qū)域是不規(guī)則的平面，在技術(shù)上和應(yīng)力分布中屬于復(fù)雜性問題，必須要在實(shí)際的處理過程中予以非常充分的考慮。因此不可能把圖中的所有的紅色區(qū)域去除干凈。所以要在SolidWorks軟件中切斷紅色區(qū)域規(guī)則的幾何形狀，然后使其重量降低為1250.4千克，所以數(shù)控車床的尾座所優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)如圖6所示。</p>

18、<p>　　要使其對于優(yōu)化方案位移，數(shù)控車床尾座的應(yīng)力云圖的有限元分析，如圖7所示的框的最大位移是1.19E-004米和使其優(yōu)化后的最大應(yīng)力是4.57E+007Pa。在進(jìn)行的數(shù)控車床的尾座的上盒體模態(tài)分析的優(yōu)化，并能夠得到低次模式的結(jié)構(gòu)后如表2所示的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖7位移和優(yōu)化后的應(yīng)力云圖</p><p>　　就對于優(yōu)化框結(jié)構(gòu)的靜態(tài)力學(xué)和動態(tài)力學(xué)的分析結(jié)果而言，

19、可以看出數(shù)控車床的尾座主體仍滿足對于數(shù)控車床尾座優(yōu)化后的剛性要求和數(shù)控車床的加工精度要求。除此以外，數(shù)控車床尾座的重量的降低，使數(shù)控車床的尾座的外殼的運(yùn)動慣性和控制性能的得到了很大的提高。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　在做數(shù)控車床尾座箱的拓?fù)鋬?yōu)化時，最大位移、最大應(yīng)力和低頻尾座箱經(jīng)過了優(yōu)化設(shè)計(jì)后數(shù)據(jù)基本上保持不變化。數(shù)控車床尾座符合設(shè)

20、計(jì)的要求并且重量是減少了5％。它同時也使尾座運(yùn)動更加靈活并且降低了尾座的運(yùn)動慣性。</p><p>　　采用了有限元軟件分析的產(chǎn)品可以節(jié)省它的制造的原型和測試的成本。并且還可以獲得在軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品時的主要性能特點(diǎn)，它還可以提供優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和大小。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]他翀宇，尹志宏.分析與尾座盒

21、[J]優(yōu)化.科學(xué)技術(shù)與工程，2012,25：6433-6436</p><p>　　[2]葉志明.基于整機(jī)[D].科技.大連大學(xué)，2013的剛度機(jī)床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　[3]敖冬強(qiáng)，陳超群,馬金鳳，楊飛.靜態(tài)及動態(tài)特性分析與優(yōu)化立式加工中心床[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013,12：221-223-227</p><p>　　[4]楊愛韶，劉杰.改進(jìn)