高[Gao]速立式加工中心[Xin]關鍵部件結構優化

高速立式加工(Gong)中心是數[Shu]控機(Ji)床設[She]備中加工(Gong)效率zui高、加工批[Pi]量化(Hua)程度zui大,在有色金屬(Shu)和難加工材[Cai]料零件的生産中應[Ying]用(Yong)zui廣(Guang)泛的數控機(Ji)床之一。随着高[Gao]速加工中心加[Jia]工精度[Du]和加工[Gong]效率(Lü)的(De)提高,關(Guan)鍵(Jian)部件的[De]動靜(Jing)特性成為制約(Yue)高水平加工中心的重(Zhong)要指标,關鍵部件的結構優化成為提[Ti]高其動(Dong)靜特性的重要途[Tu]徑。本文的主(Zhu)要目标是針對高速立式加工中心的(De)結構特點,對關鍵部件進行必[Bi]要的結(Jie)構優化[Hua]以提(Ti)升整機性能(Neng)。本(Ben)文首先(Xian)對國内外在結構優化方面[Mian]的進[Jin]展進行了介紹,并對(Dui)結構優化技術應用[Yong]到機床行業情況(Kuang)進[Jin]行了總結。根(Gen)據加工中心設計的具體情況,着重[Zhong]闡述了利用結構優化技術提升高速立式加工中心關鍵部件性能的必要性。随後對優化驅動技術和有限元優(You)化分析的基[Ji]本思路進行了簡要闡[Chan]述,并簡要介紹(Shao)了有限元[Yuan]分析[Xi]軟件ANSYS Workbench和Hyperworks,對[Dui]結構[Gou]拓撲優化的過程進(Jin)行了介紹。

根據有限(Xian)元分[Fen]析基本理論并(Bing)結合高速(Su)立式加工[Gong]中心的具(Ju)體特點,提(Ti)出了(Le)适用于高速立式加工中心的有限(Xian)元分析方法,包括(Kuo)基[Ji]于裝配體的分析方法[Fa]和複雜邊界條件的設置等,通過合理設置邊[Bian]界條件達到[Dao]充分[Fen]模拟現場工況[Kuang]的要求。然後對高速(Su)立式加工中心的關(Guan)鍵部件(Jian)進行了詳細(Xi)的有限元分(Fen)析,得到關鍵(Jian)部件(Jian)的位移[Yi]雲(Yun)圖、應力雲圖和模态雲圖,為後續的優化[Hua]分[Fen]析提供了依據。依[Yi]據尺寸優化的特點(Dian)和具[Ju]體優化過程,首先利用基于(Yu)靈敏度分析的尺[Chi]寸選擇技[Ji]術對關鍵尺寸進行了篩選,找到對關鍵部[Bu]件(Jian)動靜特性[Xing]影(Ying)響較大的參(Can)數；然後對關鍵部件進行了以(Yi)減輕自身質量為目标的基于(Yu)目标驅動(Dong)技術[Shu]的多目标尺寸優化設計(Ji)。利用優化後(Hou)尺寸對模型(Xing)進行重建,通過對關鍵部[Bu]件優化前後的[De]有限元分析結果(Guo)進行對比,查看優化效果并指導關鍵部件的改進設計。zui後(Hou)為了能夠進一步完善關鍵部件的結構,利用[Yong]Hyperworks中的Optistruct模塊對關鍵部件進(Jin)行拓[Tuo]撲優化。本文針(Zhen)對高速立(Li)式加工中心各個關鍵[Jian]部件的(De)具體[Ti]特點,對滿足闆殼結構的模型[Xing]進行[Hang]了闆殼模型重建[Jian]工作,然後分别利(Li)用實[Shi]體模型和闆[Pan]殼模型[Xing]對關鍵部(Bu)件進行了基于(Yu)變密度法的拓撲優化分析,得(De)到了較為理想的拓撲結(Jie)構,并指導了關鍵部[Bu]件的改進設計等工(Gong)作。

立式加工[Gong]中心是指主軸軸(Zhou)線與工作台垂直[Zhi]設置的(De)加工[Gong]中心，主立式加工中心機[Ji]要适用于加[Jia]工(Gong)闆類、盤類(Lei)、模具及小型殼體類複雜(Za)零件[Jian]。立式加工中心能完(Wan)成銑、镗削、鑽削(Xue)、攻螺紋和用切削螺紋等[Deng]工序。立式加工中心(Xin)zui少(Shao)是三軸二聯(Lian)動，一(Yi)般可實現三軸三聯動。有的可進行五軸(Zhou)、六軸控制。立(Li)式加(Jia)工中心立柱(Zhu)高度是有(You)限的，對箱體類工件[Jian]加工範圍要減少，這(Zhe)是立式加(Jia)工中心的缺點。但立式加工(Gong)中[Zhong]心工件裝夾、定(Ding)位方[Fang]便；刃具運動軌迹易觀察，調(Diao)試程序檢查[Cha]測量方便，可及時發現問題，進(Jin)行停機處[Chu]理或修改；冷卻條件(Jian)易建立，切削液能直接到達刀[Dao]具和加工(Gong)表面；三個坐标軸與笛卡兒坐标系吻合[He]，感覺直觀[Guan]與圖樣視角一(Yi)緻，切屑易排除[Chu]和掉落，避免劃傷加工過的表[Biao]面。與相應[Ying]的卧式加工中心相比，結構簡單，占地面(Mian)積(Ji)較小，價格較(Jiao)低。

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