立式加工中心關鍵部件結構優(yōu)化及鑄造工藝設計.pdf

1、機床是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎裝備,它在各個行業(yè)的應用非常廣泛和深入。幾十年以來,機床制造企業(yè)的設計工作大部分仍處于沿用的已有經(jīng)驗重設計和靜態(tài)設計階段,安全余量大,設計水平停滯不前。同時機床制造業(yè)不注重生產(chǎn)工藝的改進和創(chuàng)新,生產(chǎn)過程能耗大﹑排放物多,產(chǎn)品鑄件普遍加工余量大,成品率不高。針對這種局面,采用基于虛擬試驗的CAE軟件對機床結構和鑄造工藝進行協(xié)同設計優(yōu)化,對生產(chǎn)工藝進行高效低耗改造和綠色化研究就顯得尤為必要。
　　本文以立式加工中

2、心為研究對象,使用有限元軟件對其關鍵部件結構進行了靜態(tài)和動態(tài)分析,得到各個部件的應力應變分布、結構變形量的大小和低階固有頻率與振型。分析發(fā)現(xiàn),以立式加工中心的幾何精度檢驗標準為參考,關鍵部件的變形量均符合精度要求,應力應變符合結構剛度要求。但是底座的低階固有頻率較低,容易導致這個重要支承件受到干擾力的作用而發(fā)生強迫振動。立柱的安全余量大,有明顯的減重潛力。在此基礎上,使用UG的建模功能,對立柱和底座進行參數(shù)化建模,標識設計尺寸變量,建立

3、與ANSYSWorkbench的雙向數(shù)據(jù)連接,對立柱和底座的尺寸進行了多目標優(yōu)化設計。采用中心復合試驗設計方法進行了試驗,生成響應面模型,結合靈敏度分析以及鑄造工藝約束,提出優(yōu)化尺寸和改進結構。成功對立柱進行了輕量化,減重7.55％,前兩階固有頻率分別提高4%-5%。分析底座固有頻率較低的原因是排屑槽的影響,提出了改進的筋板結構和優(yōu)化方案,最終底座一階固有頻率提高至200Hz以上,避開共振區(qū)間。
　　最后以立柱為典型鑄件進行研究,