高速(Sù)◆立◆式加工中心關鍵部件結構優化

高◇速◇立式[Shì]加工[Gōng]中▿心▿是數控機床∆設∆備中加工效率zui高、加工批量化[Huà]程度zui大,▲在▲有色金屬和難加工材料零件的生産中應用zui廣泛的∆數∆控機(Jī)床之一。随▽着▽高速[Sù]加工中心加(Jiā)工精[Jīng]度和加工效率(Lǜ)的提高,關鍵部件的(De)動◊靜◊特[Tè]性成為制[Zhì]約高水平加工中[Zhōng]心的重要指标,關鍵(Jiàn)部件的[De]結構優化成為▾提▾[Tí]高其動靜特性的重要途徑。本文的主要目标是針對高速立(Lì)式▲加▲工中心的結構(Gòu)特(Tè)點,對關鍵部[Bù]件進行必要的○結○構優化以提升(Shēng)◇整◇機性能。本文首先(Xiān)∇對∇國内外在結構優化方面[Miàn]的進展進行了介紹,并⋄對⋄結構優化[Huà]技術應用到▾機▾床行業情(Qíng)況進(Jìn)行了總結。根[Gēn]據加(Jiā)工中心設計的具體情[Qíng]況,着重闡述了利▲用▲(Yòng)結構優化技術提升高速立式加工中心關鍵部◈件◈性能的[De]必(Bì)要性。随[Suí]後對優化驅動技術和有限元優化分析的基本思路[Lù]進行了簡要闡述,并簡(Jiǎn)要介◆紹◆了有限元分析(Xī)軟件ANSYS Workbench和Hyperworks,對結構(Gòu)拓撲◇優◇化的過程進行了(Le)介紹[Shào]。

根據有限元⋄分⋄析基本[Běn]理論并結合高速立式加工中心的具體特點,提(Tí)出了适用于高速○立○(Lì)式加工中心的有限[Xiàn]元分析方法,包括基于裝配體∇的∇分(Fèn)析方法和複(Fú)▾雜▾邊界條▲件▲的設置▿等▿(Děng),通過合理設置邊界條件達到(Dào)充分(Fèn)模拟現∆場∆工況●的●要求。▽然▽[Rán]後對高速(Sù)立式加工中心的[De]關[Guān]鍵部▾件▾進行了◆詳◆▾細▾的有限元分析,得到(Dào)關鍵部件的位移雲(Yún)圖、應力雲[Yún]圖和模态雲圖,為◇後◇(Hòu)續的優化▲分▲析提供了依據。依據尺寸優化◈的◈(De)特點和▽具▽體優化過程,首先利用基⋄于⋄靈敏▾度▾分析的尺寸選擇技術對關(Guān)鍵尺寸進行了篩選,◇找◇到對關鍵部件動[Dòng]靜特性影▾響▾較大的參[Cān]數；然後(Hòu)對[Duì]關鍵部件進行(Háng)了以減輕自身質量為目标的基于目标驅動技術的多目标尺▲寸▲[Cùn]優化設計(Jì)。利用優▿化▿後尺寸對模型進行重建[Jiàn],通過對關鍵部[Bù]件優化前後的有限(Xiàn)元分析結[Jié]果[Guǒ]進行對比,查看優[Yōu]化(Huà)效果并指導關鍵◈部◈▿件▿[Jiàn]的改進設計。zui後(Hòu)為了能○夠○進一▽步▽完●善●關鍵▲部▲[Bù]件的結構[Gòu],利用Hyperworks中的(De)Optistruct模塊對▿關▿鍵部件○進○行拓撲優化。本文針對高(Gāo)速立式加工中心各個關[Guān]鍵部件的(De)具體特點,對滿足◈闆◈殼結構的模型進行了闆殼模型重建(Jiàn)工作,然後分别∆利∆用實體模型和闆(Pǎn)殼模型對[Duì]關鍵部件進行了基于變密度法的拓撲優化分析,得到了較[Jiào]為理◆想◆的拓撲結[Jié]構,▲并▲指導了關鍵部件的改進設計等工作。

立◆式◆加工中心●是●指主軸軸線與工▾作▾台垂直設置的加工中[Zhōng]心，主立式加工中(Zhōng)心▾機▾要适▲用▲于加工闆類、盤類(Lèi)、模具及小型殼體類[Lèi]複雜[Zá]零件。立式加工∇中∇(Zhōng)心能完[Wán]成銑、镗削、鑽削、攻螺紋和用(Yòng)切削螺紋◆等◆工序(Xù)。立▽式▽加工中▾心▾zui少是三軸二聯[Lián]動，一般可實現三軸三(Sān)聯[Lián]動。有的可進行(Háng)五軸[Zhóu]、六軸控[Kòng]制。立式加工中心立▽柱▽(Zhù)高度是有限的，對箱體[Tǐ]類工件▽加▽工範圍要減少，這是[Shì]立式加工中心(Xīn)的缺點。但立式加工中心工件裝夾、定位方便；刃具運動軌[Guǐ]迹易觀察(Chá)，調試[Shì]程序檢∆查∆[Chá]測量方便，可及時▲發▲現問題，進行停機處理(Lǐ)或修改；冷卻條●件●易建立，切削液能[Néng]直接到達刀具和加(Jiā)◈工◈表面；三個坐标軸▲與▲[Yǔ]笛卡(Kǎ)兒坐标系吻合，感覺直觀與圖樣視角一緻，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表(Biǎo)面。與相應[Yīng]的卧(Wò)式加工中心相[Xiàng]比，結構(Gòu)∆簡∆單，占[Zhàn]地面積較小，價(Jià)格▾較▾低。

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