高速立式加工中心结构动态设计.pdfVIP

DeignandReseah设计与研究 高速立式加工中心结构动态设计 孙 峨① 蒋书运① 马青芬② (①东南大学机械工程学院，江苏 南京211189； ②南通科技投资股份有限公司，江苏 南通 226006) 摘 要：建立XK713一A型高速立式加工中心的CAD／CAE模型。基于有 限元法，以提高整机的低阶固有频 率和减轻重量为优化 目标 ，运用结构优化的方法，开展加工中心整机的动态分析与结构设计。通过 结构动态分析 ，得出机床床身与立柱是影响整机动态特性的关键部件 ，完成 了结构修改，从而降低 了 机床的重心，提高了整机刚性 。 关键词：立式加工中心 动态设计 有限元法 DynamicOptimum DesignforAHigh-speedVerticalMachiningCenter SUN E① JIANG Shuyun① MAQingfen② ， ， (@SchoolofMechanicalEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing211189，CHN； @TINTECTechnologyInvestmentGroupCo．，Ltd．，Nantong226006，CHN) Abstract：InthispaperItheCAD／CAEmodeloftheXK713一A highspeedverticalmachiningcenterhasbeende— veloped，andthedynamiccharacteristicshasbeen analyzedbyaidofFEM，theresultshowsthatthe bedandcolumnarethekeypartstoaffectthedynamicbehaviorofthemachiningcenter．Toimprovethe low ordersnaturalrfequencyandreduceweight，themachiningcentrehasbeen designedbythestruc— tureoptimizationmethod．Consequently，thedynamicbehaviorofthemachiningcenterwithalowercen— terofgravityhasbeenimprovedeffectively． Keywords：VerticalMachiningCenter；DynamicDesign；FiniteElementMethod 整机的动态特性是直接影响机床加工性能优劣的 在完成机床结构优化的同时，降低了整机的重心，提高 关键因素 。以机床的动态特性的改善作为优化设计的 了产品的动态性能 。 目标 ，不仅可以从根本上改善机床的加工质量，同时也 1 建模与动态特性分析 减小了加工过程中机床的振动。 目前加工中心优化的一般方法是首先建立整机及 1．1 CAD／CAE模型 各部件的CAD／CAE模型，利用模态分离技术_1，得到 XK713一A型立式加工中心主要 由床身、立柱、主 整机 的薄弱环节，继而从尺寸和形状两个方面展开优 轴箱、床鞍、工作台、主轴、电动机等部件组成。图1为 化。尺寸优化主要通过灵敏度分析，得到合理的部件 加工中心CAD模型，其中主轴箱、工作台和床鞍等部 壁厚和筋板厚度l2；形状优化则主要通过经验改变部 件均位于极限位置 ，此时机床的动态性能最差 。 件内部筋板的结构 J，提取元结构并