高速立式加工(gōng)中心關鍵(jiàn)部件結構優化

高速立式加工中心是數(shù)控機(jī)床設備中加工(gōng)效率zui高(gāo)、加工批量化程度zui大,在(zài)有色金屬和難加工材料(liào)零(líng)件的生(shēng)産中應用zui廣泛(fàn)的數(shù)控機(jī)床之一。随着高速加工(gōng)中(zhōng)心加工精度和加工效率的(de)提高,關鍵部件的動靜特性成為制約高水平加工中心的重要指标,關鍵部件的結構優(yōu)化成為提高其動靜特性的重要途徑。本文的主要目(mù)标是針對高速立(lì)式加工中心的結構特點,對關鍵部件進行必要的結構優化以提升整(zhěng)機(jī)性能。本文首先對國内外在(zài)結構優化方(fāng)面的進展(zhǎn)進行了介紹,并(bìng)對(duì)結(jié)構優化技術應用到機床行業情況進(jìn)行了總結。根據加工(gōng)中心設計的具體情況,着重闡述了(le)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(bì)要性。随後對優化驅動技術和有(yǒu)限元優化分析的基本思路進行(háng)了簡要闡述,并簡要介紹(shào)了有限元分析軟件ANSYS Workbench和Hyperworks,對結構拓撲優化的過程進行了介紹。

根據有限元分(fèn)析基本(běn)理論并(bìng)結合高速立式加工中心的具體特點,提出了适用于高速立式(shì)加工中心的有限(xiàn)元分析方法,包括基于裝配體的分析方法和複雜邊(biān)界條件的設置等,通過合理設置邊界條件達到充分模拟現場工況的要求。然(rán)後對高速(sù)立式加工中心的關(guān)鍵部件進行了(le)詳細的(de)有限(xiàn)元分析,得到關鍵部件的位移雲圖、應力(lì)雲圖和模态雲圖,為後續的優化分析提供了(le)依據。依(yī)據尺寸優化的特點(diǎn)和具體優化過(guò)程,首(shǒu)先利用基于(yú)靈敏度分析的尺(chǐ)寸選擇技術對關鍵尺寸進行(háng)了篩選,找到對關鍵部件動靜特性影響較大的參數；然後對關鍵部件進行(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(háng)重建,通過對關鍵部(bù)件優化前後的有限元分析結(jié)果進行對比,查看優(yōu)化效果并指導關鍵部件的改進設(shè)計。zui後為了能(néng)夠(gòu)進一步完善關鍵部件的(de)結構,利用Hyperworks中的Optistruct模塊對關(guān)鍵部(bù)件進行拓撲優化。本文針對高速(sù)立式加工中(zhōng)心各個關鍵部件的(de)具體特點,對滿足闆(pǎn)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(shí)體模型和闆殼模型對(duì)關(guān)鍵部件進行了基于變密(mì)度法的拓撲優(yōu)化分析,得到了較為理想的拓撲結(jié)構,并指導了關鍵部件的(de)改進設計等工作。

立式加工(gōng)中心是指主軸軸線與(yǔ)工作台垂直設置的加工中心，主立式加工中心機(jī)要适用于加工闆類、盤類、模具及(jí)小型殼體類複雜零件。立式加工中心能(néng)完(wán)成銑、镗削、鑽削、攻螺紋和用切削螺紋等工序。立式加工中心(xīn)zui少是三軸二聯動，一(yī)般可實現三軸三聯動。有的可進行五軸、六軸(zhóu)控制。立式加工中心立柱高度是有限的，對箱體類工件加工範圍要減少，這是(shì)立式加工中心(xīn)的(de)缺點。但立式加工中心工(gōng)件裝(zhuāng)夾、定位方便；刃具運(yùn)動軌迹易觀察，調試程序檢查(chá)測量方(fāng)便，可及時發現問題，進行停機處理或修(xiū)改；冷(lěng)卻條件(jiàn)易建立，切削液(yè)能直接到達刀具和加(jiā)工表面；三個坐标軸與笛卡兒坐标系吻合，感(gǎn)覺(jiào)直觀與圖樣視角一(yī)緻，切屑易排(pái)除和掉落，避免劃傷加工過的表(biǎo)面。與相應的卧式加工中(zhōng)心相比，結構簡單，占地面積較小，價(jià)格較(jiào)低(dī)。

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