QYJ-16型臥式加工中心床身結構的靜動態(tài)特性分析及優(yōu)化設計.pdf

1、床身是機床重要的基礎支撐部件，機床上眾多的重要組件都是以床身為載體而進行安裝的。為了保證機床的整體性能及加工精度，作為基礎件的床身必須具有良好的抗振性和高剛度。傳統(tǒng)的床身設計雖能夠滿足使用要求，但對于其結構的設計往往過于保守，床身的靜動態(tài)特性及質(zhì)量的可優(yōu)化空間仍然很大。
　　本研究以QYJ-16型臥式加工中心床身為研究對象，在完成床身三維模型構建、銑削力計算、網(wǎng)格劃分等一系列工作后，利用有限元法對其進行靜動態(tài)特性分析。根據(jù)分析結果

2、找到床身設計中的薄弱環(huán)節(jié)，并提出兩種改進方法。一是利用元結構的方法對床身筋板結構中的出砂孔的形狀及尺寸進行改進，使床身質(zhì)量減少,同時也改善了原床身設計中靜態(tài)分析應力集中的問題。在此方法中運用了灰色關聯(lián)度的理論完成對床身元結構樣式的選擇，并利用有限元軟件ANSYS Workbench對元結構的出砂孔及壁厚的尺寸進行優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化后的元結構對原床身進行重新建模，并對其進行有限元分析，結果表明床身在靜態(tài)特性提高，動態(tài)特性基本不變的情況下，減重

3、5.02%。另一種方法是利用拓撲優(yōu)化的方法找出床身在受載的條件下的最優(yōu)傳力路徑，根據(jù)傳力路徑對床身筋板的布局進行重新設計，從而實現(xiàn)床身的靜動態(tài)特性的多目標優(yōu)化。在此方法中運用了折衷規(guī)劃法對床身建立了四種拓撲優(yōu)化的綜合目標函數(shù)，根據(jù)四種綜合目標函數(shù)利用 HyperWorks軟件的OptiStruct版塊拓撲出四種床身結構，然后根據(jù)拓撲結構完成對床身筋板結構的重建，最后利用響應面的方法對拓撲結構關鍵尺寸進行優(yōu)化，優(yōu)化結果表明床身的靜動態(tài)特性