基于有限元分析的臥式數(shù)控機床結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、機械加工產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，對機床結(jié)構(gòu)動態(tài)性能也提出了越來越高的要求。在機床設(shè)計開發(fā)的過程中有必要對重要承載部件進行靜剛度和動態(tài)性能的分析，并建立整機的精準有限元模型進行優(yōu)化以提升整機性能。因此，本文使用有限元的方法對數(shù)控機床分析，對床身進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，采用變量化分析的方法對床身進行參數(shù)分析和靈敏度分析，依據(jù)多目標尺寸優(yōu)化和拓撲優(yōu)化的結(jié)果確定了床身優(yōu)化方案，建立含有結(jié)合部的整機模型，對整機性能進行了優(yōu)化。本文以CKL630D臥式床身車床為

2、應(yīng)用對象，將相關(guān)理論進行驗證。
　　本文首先對涉及到的基礎(chǔ)理論進行闡述。介紹了有限元思想，給出了有限元法運用的方法步驟。并對優(yōu)化設(shè)計的概念和算法進行了列舉說明。
　　對車床的具體工況進行分析。計算載荷，包括最大扭矩計算，切削力確定及切削抗力的計算。建立床身力學(xué)簡化模型，通過理論計算對力學(xué)模型進行求解。根據(jù)理論計算結(jié)果，確定典型工況典型位置。
　　床身是數(shù)控機床的主要承載部件，在整機中占有非常重要的作用，床身的靜動態(tài)特性

3、直接影響整個機床的加工精度。對床身進行三維建模，并運用有限元方法使用分析軟件ANSYSworkbench對床身模型進行靜力分析和模態(tài)分析。由靜力分析得到床身在不同工況位置下的強度和剛度。通過模態(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)化方法和拓撲優(yōu)化方法對床身結(jié)構(gòu)分別進行優(yōu)化。將肋板尺寸設(shè)置為多個參數(shù)變量，以參數(shù)分析和靈敏度分析結(jié)果為依據(jù)，對床身進行多目標尺寸優(yōu)化。再以最小柔度為

4、約束，對床身進行拓撲優(yōu)化，依據(jù)拓撲優(yōu)化的結(jié)果對床身內(nèi)部肋板進行重新布置并得到新的床身結(jié)構(gòu)。對比評價這兩種優(yōu)化結(jié)果，確定床身結(jié)構(gòu)最終方案。
　　考慮結(jié)合面的特性對整機進行動力學(xué)建模并分析。分別建立導(dǎo)軌結(jié)合部和螺栓結(jié)合部的等效動力學(xué)模型。采用彈簧阻尼單元對結(jié)合面進行等效建模，根據(jù)赫茲定律和吉村允孝積分法計算得到各結(jié)合面參數(shù)。通過分析得到考慮結(jié)合面影響的整機動態(tài)性能。最后對螺栓結(jié)合部進行優(yōu)化，通過改變螺栓布置數(shù)量和直徑大小使整機動態(tài)性能