立式加工中心动力学分析及结构优化研究-重型机械.PDF

２０１８Ｎｏ１　　　　　　　　　　　　　　　 　　　重 型 机 械 ·３１· 立式加工中心动力学分析及结构优化研究 １ １ ２ ２ 罗和平 ，汲　军 ，杨赫然 ，穆士博 （１．沈阳机床股份有限公司，辽宁　沈阳　１１０１４２； ２．沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁　沈阳　１１０８７０） 摘　要：研究了通过机床的动态特性分析进行结构优化的方法，提出了一种新的优化设计方案。 针对对机床整机模态特性和谐响应特性，在有限元分析软件中对机床动态性能进行了仿真。分析结果 表明，主轴箱和立柱为机床敏感部位，因此使用有限元分析软件对主轴箱进行拓扑优化，并且为立柱 增加筋板。根据优化结果重新设计机床主轴箱和立柱结构，将优化后与未优化的机床的分析结果进行 对比，结果表明机床的动态性能得到明显改善，主轴箱各阶固有频率提高１０％左右，机床整机固有频 率提高４％左右，ｘ方向上的响应峰值减少约２％。 关键词：立式加工中心；主轴箱；模态分析；谐响应分析；拓扑优化 中图分类号：ＴＨ１６４　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００１－１９６Ｘ（２０１８）０１－００３１－０５ Ｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｍａｃｈｉｎｉｎｇｃｅｎｔｅｒ １ １ ２ ２ ＬＵＯＨｅｐｉｎｇ，ＪＩＪｕｎ，ＹＡＮＧＨｅｒａｎ，ＭＵＳｈｉｂｏ （１．ＳｈｅｎｙａｎｇＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１４２，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄａｌａｎｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ ａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｂｏｘａｎｄ ｔｈｅｃｏｌｕｍｎａｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｂｏｘｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉ ｚａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＦＥＭｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｓｔｉｆｆｅｎｅｄｐｌａｔｅｓａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｌｕｍｎ．Ｔｈｅｓｐｉｎｄｌｅｂｏｘａｎｄｃｏｌｕｍｎｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌａｒｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｕｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｅｄｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｓｐｉｎｄｌｅ ｂｏｘａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄａｂｏｕｔ１０％，ａｎｄｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄａｂｏｕｔ４％，ａｎｄｔｈｅｍａ ｃｈｉｎｅｒｅｓｏｎａｎｔｐｅａｋｏｆｉｎｔｈｅｘｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ２％． Ｋｅｙ