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高速立式加工中心立柱结构动态设计
· 机械制造与研究 · 蒋书满 ·高速立式加工 中心立柱结构动态设计 高 逮 豆 式 力口工 中 心 豆 槿 结 构 动 态 设 计 蒋书满 (福 田雷沃国际重工股份有限公司,山东 潍坊 261041) 摘 要:立柱是立式加工中心的重要组成部分,对机床整机的动态特性具有重要影响。为了提高 床身结构的动态特性,建立高速立式加工中心立柱的CAD/CAE模型,借助有限单元法,进行基 于灵敏度分析的筋板厚度优化 ,降低立柱的重心,提高了立柱的动态特性。经优化设计,立柱的 前三阶固有频率较优化前分别提高了23.23%,4.0o%和 10.13%,动态性能得到明显的提高。 关键词 :立柱 ;有限元法 ;灵敏度分析 ;重心;动态特性 中图分类号:TH122 文献标志码:B 文章编号:1671—5276(2011)03-0019-03 DynamicOptimum Design forColumnofHighSpeedVerticalM achiningCenter JIANG Shu.man (FotonLovolInternationalHeavyIndustryCo.,Lld.,Weifang261041,China) Abstract:Thecolumnisanimportantcomponentofmachinetoolsandhasastrong impactsonthedynamiccharacteristicsofthe wholemachine.Inordertoimprovethedynamiccharacteristicsofthecolumn,thispaperdevelopstheCAD/CAEmodelofthebodyof highspeedverticalmachiningcenterandanalyzesthedynamiccharacteristicsbytheaidofFEM.Italsooptimizesthethicknessofrib platesandbowerstheheightofthecentre-of—gravitypositionbasedonsensitivityanalysis.Consequently,thefirstthreeordersnatural frequenciesareincreased23.23% ,4.0o% and10.13% ,respectively.Thedynamicbehaviorofthecolumnisimprovedobviously. Keywords:column;finiteelementmethod;sensitivityanalysis;centerofgravity;dynamiccharacteristics 0 引言 立柱是加工中心主要的支承件之一,因而其动态特性 直接影响加工中心的加工精度。以提高立柱动态特性作 为优化设计的 目标,不仅可以从根本上改善加工中心的加 工品质 ,同时也降低了加工过程中的振动。 目前加工中心立柱优化的一般方法是首先建立立柱 的CAD/CAE模型,通过模态分析得到薄弱环节 ,在此基 础上开展优化设计 。优化过程主要通过经验改变立柱 内 部筋板的结构 ;通过灵敏度分析,得到合理的壁厚和筋 板厚度值 J,对立柱进行拓扑优化 J。降低机床重心能 提高其动态特性 ,但是在 目前国内外公开的文献 ,很少 见到将动态分析与降低重心结合起来,开展结构动态优化 设计的报道。 本文选定高速立式加工中心为研究对象,利用有限元 图1 立柱 CAD模型 方法,对其进行结构优化。在完成立柱结构优化的同时 , 降低了立柱的重心,提高了立柱的动态性能。 1.2 动态特性分析 1 建模与动力学分析 对立柱进行模态分析 ,采用 SOLID45单元进行 自由 网格划分。弹性模量 E=1.3×10MPa,泊
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