xh715型数控立式加工中心床身动态优化设计的研究

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1、XH715型数控立式加工中心床身动态优化设计的研究

2、第10前言上世纪70年代以来随着科学技术的飞速发展，对机床产品的质量要求越来越高，国内外出现了许多新型设计理论和方法，这些都使得现代机床设计思想进入了一个以试验研究及理论计算为基础的较高级阶段。研究设计程序、规律及设计思维和工作方法，不仅寻求机床产品本身的最佳化，还要实现从机床设计到制造、试验、检验的全过程以至整个系统的最佳化。现代机床设计思想是与现代科技发展相适应的一种先进的设计思想。其主要内容包括:(1)设计对象系统化。(2)设计内容完善化。(3)设计目标最优化。(4)设计问题模型化。(5)设计过程

3、动态化。(6)设计手段计算机化。动态优化设计首先要建立系统的动力学数学模型，然后用计算机对模型进行动态分析，修改某项参数，比较相应结果，并通过验算或实际测试加以验证，直至达到满意的动态性能，最后获得最优动态设计方案。研究数控立式加工中心床身动态优化设计，对实现机床动态特性最优和指导实际生产都具有重要意义。1数控立式加工中心床身模型的建立按机床设计中的结构动态设计“正问题”的设计思想，在用CAD/CAE技术进行结构设计时，需要对结构进行反复修改，每次修改后都要对结构进行重分析，因此，寻找一种快速、准确的结构修改与重分析方法就显得至关重要。计算机辅助设计即C

4、AD技术有两种作图方法:二维作图方法和三维作图方法，用二维作图方法所作出的二维图形只是物体的表面特征，物体的内部特征往往用剖视图，所见即所得是这种表示方法的最大局限性，对这些图形不能进行计算机辅助分析(CAE)。要对物体图形直接进行CAE，必须建立物体的三维数学模型。本文利用Pro/E能够快速、高效绘制任意复杂形状三维零件的特性建立床身的三维数学模型，同时利用ANSYS软件强大的网格划分功能、加载求解能力、强大的后处理能力的特性进行优化设计，两者之间利用Pro/ENGINEER与ANSYS的良好无缝连接特性，把Pro/E所建立的模型导入ANSYS中进行有

5、限元分析。本文采用平行肋板和交叉肋板分别设计出如图1所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种型式的床身。2数控立式加工中心床身模态分析用模态分析可以确定一个结构的固有频率和振型。固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。在进行模态分析时采用自由模态来处理。所谓自由模态就是无约束模态,前6阶都是刚体模态，第七阶起为固有模态，单元类型选取Solid95，弹性模量取1.25E5取泊松比0.25，密度取7.3E-9，则三种形式床身的前5阶固有频率、振幅如表1所示。3数控立式加工中心床身谐响应分析模态分析仅表示机床的相对振动情况，而外力激励下各阶振型对机床的振动作用大小是不同

6、的，因此对床身进行谐响应分析就能更清楚地看出机床在动态干扰激励下机床结构的抗振性能。谐响应分析就是给系统一个持续的周期载荷（如按简谐规律变化的载荷），分析系统中产生的持续的周期响应，以及确定结构承受随时间周期变化的载荷时的稳态响应的一种技术。对于一个振动系统，当激励的频率达到系统的固有频率时，系统将发生共振，这时系统的响应最大，实际机床加工时，是不允许这种情况发生的。机床床身模态分析可得到交叉肋板的各阶振型的变形都比平行肋板小，而固有频率都相对于平行肋板高，同时也可以发现Ⅱ型床身模态分析结果比Ⅲ型好，因此，在进行谐响应分析时取Ⅰ型床身与Ⅱ型床身结果进行比

7、较。0前言上世纪70年代以来随着科学技术的飞速发展，对机床产品的质量要求越来越高，国内外出现了许多新型设计理论和方法，这些都使得现代机床设计思想进入了一个以试验研究及理论计算为基础的较高级阶段。研究设计程序、规律及设计思维和工作方法，不仅寻求机床产品本身的最佳化，还要实现从机床设计到制造、试验、检验的全过程以至整个系统的最佳化。现代机床设计思想是与现代科技发展相适应的一种先进的设计思想。其主要内容包括:(1)设计对象系统化。(2)设计内容完善化。(3)设计目标最优化。(4)设计问题模型化。(5)设计过程动态化。(6)设计手段计算机化。动态优化设计首先要建

8、立系统的动力学数学模型，然后用计算机对模型进行动态分析，修改某项参数，比较相应结果，并通过验算或实际测试加以验证，直至达到满意的动态性能，最后获得最优动态设计方案。研究数控立式加工中心床身动态优化设计，对实现机床动态特性最优和指导实际生产都具有重要意义。1数控立式加工中心床身模型的建立按机床设计中的结构动态设计“正问题”的设计思想，在用CAD/CAE技术进行结构设计时，需要对结构进行反复修改，每次修改后都要对结构进行重分析，因此，寻找一种快速、准确的结构修改与重分析方法就显得至关重要。计算机辅助设计即CAD技术有两种作图方法:二维作图方法和三维作图方法，

9、用二维作图方法所作出的二维图形只是物体的表面特征，物体的内部特征往往用剖视图，所