高速立式加工中心(xīn)關鍵部件結構優化

高速立式加(jiā)工中心是數控機床設備中加工效率zui高、加工批量化程度zui大,在有色金屬(shǔ)和難加(jiā)工材(cái)料零件的生産中應用zui廣泛的數控機(jī)床之一(yī)。随着高速加工(gōng)中心加工精(jīng)度和加工效率(lǜ)的提高,關鍵部件的(de)動靜特性成為制約高水平加(jiā)工中(zhōng)心的重要指标(biāo),關鍵部件的結構優化成為提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(de)結(jié)構特點,對關鍵部件進行必要的結構優化以提升(shēng)整機性能。本文首先對國内外在結構(gòu)優化方面的進展進行了介紹(shào),并對(duì)結(jié)構優化技術應用到機床行業情況進行了總結(jié)。根(gēn)據加工中心設計的具(jù)體情(qíng)況,着重闡述了(le)利用結構優(yōu)化技術提升高(gāo)速立式(shì)加工中心(xīn)關鍵部件性能的必要性。随後對優化驅動技術和有限元(yuán)優化分析的基本思路進(jìn)行了(le)簡要闡述,并簡要介紹了有限元(yuán)分析軟件ANSYS Workbench和Hyperworks,對結構拓撲優(yōu)化的過程進(jìn)行了介紹。

根據有限元分析基本理論并結合高速(sù)立式加工(gōng)中心的具體特點,提(tí)出了适(shì)用于高速立(lì)式加工中心的有限(xiàn)元分(fèn)析方法,包括(kuò)基于裝配體的(de)分析方(fāng)法和複雜邊界條件的設置等,通過合理設置邊界條件達(dá)到(dào)充分(fèn)模拟現場工況的要求。然(rán)後對高速(sù)立式加工中心的關(guān)鍵部件進行了詳細的(de)有限元分析,得到(dào)關鍵部件的位移雲(yún)圖、應力(lì)雲圖和模态雲圖,為後(hòu)續的優化分析提供了依據。依據尺寸優化的特點和具體優(yōu)化過程,首先利用基于(yú)靈敏度(dù)分析的尺(chǐ)寸選(xuǎn)擇技術對關鍵尺寸進行(háng)了篩選,找到對關鍵(jiàn)部(bù)件動靜特性影響較大的參數；然後對(duì)關鍵部件進行(háng)了以減輕自身質量(liàng)為目标的基于目标驅(qū)動技術(shù)的多目标尺寸優化設計。利用優化後尺寸對模型進行(háng)重建,通過對(duì)關鍵部(bù)件優化前後的有限元分析結(jié)果進行對(duì)比,查看優化效果并指導關(guān)鍵部件的改進設計。zui後(hòu)為了能夠(gòu)進一步完善關鍵部件的結構(gòu),利用Hyperworks中的Optistruct模(mó)塊對關鍵部件進行拓撲(pū)優化(huà)。本文針(zhēn)對高速立式加工中心各個關鍵部件的具體(tǐ)特點,對滿足闆(pǎn)殼結構的模型進行了闆(pǎn)殼模型重建工作,然後分别利(lì)用實(shí)體模型和闆(pǎn)殼模型對關鍵部(bù)件進行了基于變密度法的拓撲優化分析,得到了較為理想的拓撲結(jié)構,并指導了關鍵部件的改(gǎi)進設計等工作。

立式加工中心(xīn)是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(jī)要适用于加工闆類、盤類(lèi)、模具及小型殼體類(lèi)複雜零件(jiàn)。立式加工中心能完成銑、镗削、鑽削、攻螺紋和用切削螺紋等工序。立式(shì)加工(gōng)中心zui少是三軸二聯動，一般可實現三軸三聯(lián)動。有的可進行五軸(zhóu)、六軸控制。立式加工中心立柱高度是有限的，對箱體類工件加工(gōng)範圍要減(jiǎn)少，這是立式加工中心的缺點。但立式加工(gōng)中(zhōng)心工件裝夾、定位方便；刃具運動軌迹易觀察，調試程序檢查測量方(fāng)便，可及(jí)時發現問題，進行停機處(chù)理或修改；冷卻條件易建立，切削液能直(zhí)接(jiē)到達刀具和加工表面；三個坐标軸與(yǔ)笛卡兒坐标系吻合，感覺直觀與圖樣視(shì)角一緻，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表面。與相應的卧式加工中(zhōng)心相比，結構簡單，占地面積較小，價格較低。

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