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高[Gāo]速立◊式◊[Shì]加工中心關鍵部件●結●構優化

發表時▲間▲:2013-01-17      點擊次數:3330
高[Gāo]速立▽式▽[Shì]▿加▿工中心是數控機[Jī]床設備(Bèi)中加工效率zui高、◆加◆[Jiā]工批(Pī)量化程度zui大[Dà],在有色金屬和難(Nán)加工材料零件的生産中應用zui廣泛的數控機床之一。▽随▽着高(Gāo)速加工中(Zhōng)心加工精度和加工效率的提高,關鍵部件的動▾靜▾特[Tè]性成為制約高水(Shuǐ)平加工中心的重(Zhòng)○要○指标,○關○鍵部件[Jiàn]的結構優化成(Chéng)為提高其動靜特性(Xìng)的(De)重要▾途▾徑。本文[Wén]的主要(Yào)目标是針(Zhēn)對高速立式[Shì]加工中心的結構特◊點◊(Diǎn),對關鍵部件◊進◊(Jìn)行◈必◈要(Yào)的結構優化[Huà]以提升整機性◆能◆(Néng)。本文首(Shǒu)先對國◊内◊外在結構優化方面的進展進行了介紹,并對[Duì]結構優化技術應用到機床行業情況進行了(Le)總◆結◆[Jié]。根據(Jù)加工中心設∆計∆的具體情況(Kuàng),着重闡述了利用結構優化(Huà)技術提升高▿速▿立式加工中心關鍵部件性能的必要▿性▿(Xìng)。随後對優化驅動(Dòng)◈技◈術和有限元優(Yōu)化分析的基本思(Sī)路進行了簡要闡述,◇并◇簡▽要▽[Yào]介紹了有限元分析軟件ANSYS Workbench和Hyperworks,對結構拓撲優(Yōu)化的過程進行了[Le]介紹。

根[Gēn]據有限元分析基本▲理▲論并結合高速立式加(Jiā)工中心[Xīn]的具體特點,提出◆了◆适用于高速立(Lì)式加工中(Zhōng)心(Xīn)的有限元▿分▿(Fèn)析[Xī]方法,包括基于裝配體的分析方法[Fǎ]和複(Fú)雜邊界條件[Jiàn]的設[Shè]置等,通∆過∆(Guò)合[Hé]理設置邊界條◆件◆[Jiàn]達到充分[Fèn]模拟現場工況的要求。然(Rán)後對高速立式(Shì)加工中▿心▿的關鍵部(Bù)件進行了詳細的(De)有限元○分○析,得到關◊鍵◊部件的位移雲圖、應(Yīng)力雲[Yún]圖和模●态●雲●圖●[Tú],為後續(Xù)的(De)優化分析▿提▿[Tí]供了依據。依據尺寸優化的特點和▿具▿[Jù]體優化過程,首先利(Lì)用基[Jī]于靈敏度分(Fèn)析的尺寸選●擇●(Zé)技術對[Duì]關鍵尺寸進行了篩[Shāi]選,找到[Dào]對[Duì]關鍵部件(Jiàn)動靜特性影響較大的參(Cān)數(Shù);然後對關鍵(Jiàn)部件進行了以[Yǐ]減輕自身質量為目标的(De)基于目标驅[Qū]⋄動⋄技●術●的多目▲标▲[Biāo]尺寸優化設計(Jì)。利用優化後尺(Chǐ)寸對模型(Xíng)進行重建,通過對關鍵部件優(Yōu)化前[Qián]後的有限元◇分◇[Fèn]析結果進行對比,查看優化效[Xiào]果并指導關鍵部(Bù)件的(De)改進設計。zui後∆為∆了能夠進一步完善關鍵部件的結(Jié)構,利用Hyperworks中的Optistruct模塊[Kuài]對關鍵部件進行拓撲優化。本文針對(Duì)高◊速◊立式加工中心各個關▿鍵▿部件的具◊體◊特點,對滿(Mǎn)足闆殼結構的[De]模型進(Jìn)行了◇闆◇殼模型重建工作,然後分别利用實體模型和闆殼模型對關(Guān)鍵部◈件◈進行了基于(Yú)變密度法的拓撲優化分析,得(Dé)到了較為理想的拓撲結[Jié]構,并[Bìng]指(Zhǐ)導了關[Guān]鍵部件的[De]改進設計等工作[Zuò]。

立式加工中心是[Shì]指主軸軸線●與●工作台垂直設置的加工中心,主立式加工中心機要适用于加工闆類、盤類、模具及小▽型▽殼[Ké]體類複雜零件。立[Lì]式(Shì)加工中心能完成銑、镗削、鑽削、攻螺紋[Wén]▾和▾[Hé]用切削螺[Luó]紋等工序(Xù)。立式加工中心zui少是[Shì]三軸二⋄聯⋄動,一般可[Kě]實現三軸三聯動。○有○[Yǒu]的可進行五軸、六軸控制(Zhì)。立(Lì)式加工中◆心◆(Xīn)立柱高度是有限的,對◆箱◆體類[Lèi]工件加工範圍要減少,這是立式加工中(Zhōng)心的缺點。但立式加工中心工件裝夾、定位方便;刃(Rèn)具運動軌迹易[Yì]觀察[Chá],調試程序檢查⋄測⋄量方便,可及時發現問[Wèn]題,進行停機處理或(Huò)修改;冷卻條件◆易◆建立,切削液[Yè]能(Néng)直接到達刀具和加工[Gōng]表面;三個坐标軸與笛卡[Kǎ]兒坐标系吻(Wěn)合,感⋄覺⋄直觀與圖樣視角一緻,切屑易排除和掉落,避[Bì]免劃傷加工過[Guò]的表面。與相應的卧式加工中心相比,結(Jié)構簡單,占地[Dì]面積較小,價格較低[Dī]。

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