高速立式(shì)加工中心關鍵部件結構優化

高速立式(shì)加工中心是數控機床設備中加工(gōng)效率zui高、加工批量化程度zui大,在有(yǒu)色金屬和難加工材料零件的生(shēng)産中應用zui廣泛的數控機床之一。随着高速加工中(zhōng)心加工精度和加工效率的提(tí)高,關(guān)鍵部件的動靜特性(xìng)成為制約高水(shuǐ)平加工中心的重要指标,關鍵部件(jiàn)的結構優化成為提高其(qí)動靜特性(xìng)的重要途徑。本文的主要目标是針對高速立式加工中心的(de)結構特點(diǎn),對關鍵(jiàn)部件進行必要(yào)的結構優化以提升整機性能(néng)。本文首先對國内外在結構優化方面(miàn)的進展進行了(le)介紹,并對(duì)結構優(yōu)化技術應用到機床(chuáng)行業情況進行了總結。根據加工中心設計的具體情況(kuàng),着重闡述了利用結構優化技術提升高速立式加工中心關鍵部件性能的必要性(xìng)。随後對優(yōu)化驅動技(jì)術和有限元優(yōu)化分(fèn)析的基本思路進行了簡要闡述,并簡要介紹(shào)了有限元分析軟件(jiàn)ANSYS Workbench和Hyperworks,對結構拓(tuò)撲優化的過程進行了介紹。

根據有限元分(fèn)析基本理(lǐ)論并結合高速(sù)立式加工中心的具體特點,提(tí)出了适用于高速立式加工中心的有限元分(fèn)析方法,包括基于裝(zhuāng)配體的分析方法和複雜邊界條件的設置等,通(tōng)過合理設置邊界條件達到充分模拟現(xiàn)場工況的要求。然(rán)後對高速立式加工中心的關鍵部(bù)件進行了詳細的有(yǒu)限元分析,得到關鍵部件的位移(yí)雲(yún)圖、應力雲圖和模态雲圖,為後續的優化分析提(tí)供(gòng)了依據。依(yī)據尺寸優化的特點和具(jù)體優化過程(chéng),首先利用基于靈敏度分析的尺寸選擇技術對關鍵尺寸(cùn)進行了篩選,找到對關鍵部件動靜特性影響較大(dà)的參數(shù)；然後對關鍵(jiàn)部件進行了以減輕自身質量為目(mù)标的基于目标驅動技術的多目标尺寸優化設計。利用優化後(hòu)尺(chǐ)寸對模型進行重建,通過(guò)對關鍵部件優化前後的有限元分析結果(guǒ)進行對比,查看優化效果并指導關鍵部件的改進設計。zui後為了能夠(gòu)進一步完善關鍵部件的結構,利用Hyperworks中的Optistruct模塊對關鍵部件進(jìn)行拓撲優化。本(běn)文針對高速立式加工中心各個關鍵部件的具體特點,對滿(mǎn)足闆殼結構的模型進(jìn)行了闆(pǎn)殼模型重建工作,然後分别利用實體模型和闆殼模型(xíng)對關鍵部件進行了基于變(biàn)密度法的拓撲優化分析,得(dé)到了較為理(lǐ)想的拓撲結構,并指導了關(guān)鍵部件的(de)改進(jìn)設計等工作。

立(lì)式加(jiā)工中心是(shì)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(lèi)、盤類、模具及小型殼體類複雜(zá)零件。立式加工中心能完(wán)成銑(xǐ)、镗削、鑽削、攻螺紋和用切削螺紋等工序(xù)。立式加工中心zui少是(shì)三軸(zhóu)二聯動，一般可(kě)實現三軸三聯動。有(yǒu)的可進行五軸、六軸控制。立式加工(gōng)中心(xīn)立柱(zhù)高度是有限的，對箱體類工件加工範圍要減少，這(zhè)是立式加工中心的缺點(diǎn)。但立式加工中心(xīn)工件裝夾、定位方便；刃具運動軌迹易觀察(chá)，調(diào)試程序檢查測量方便，可及時發現問題，進行停機處理或修改(gǎi)；冷卻(què)條件易建立(lì)，切削液能直接到達刀具和加工表(biǎo)面；三個坐标軸與笛卡兒坐标系吻(wěn)合，感覺直觀與圖樣視角一緻，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表面。與相應的卧(wò)式加工中心相比，結構簡單，占地面積較小，價格(gé)較低。

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