同步双驱精密卧式加工中心优化设计

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1、摘要随着加工中心向着高切削速度、高进给速度和高加工精度的方向发展，对其工作性能的要求越来越高，不仅要求加工中心具有良好的静态特性，而且要具有良好的动态特性。为此，对加工中心整机及其主要零部件进行静动态特性分析已成为设计的必要环节。该论文来源于江苏省科技成果转化专项资金项目“同步双驱高速高效精密卧式加工中心研发与产业化”。本文以MCH63卧式加工中心为研究对象，利用有限元分析软件ANSYS，对卧式加工中心及其主要零部件进行了有限元分析及优化设计。主要工作如下：1．建立了整机的有限元分析模型，并对其进行了静力学分析和动力学分析。同时，对整机进行了静刚

2、度试验和脉冲激振试验。通过比较试验数据和有限元仿真数据，验证了有限元仿真模型的正确性。2．对立柱进行了静力学分析和模态分析，找出了机床立柱的薄弱环节。在此基础上，对机床立柱的主要几何参数进行了动静态特性的灵敏度分析，确定了要进行优化的设计变量。建立了优化模型，并在有限元协同仿真环境下，对机床立柱进行了多目标优化，在控制立柱质量的前提下，提高了机床立柱的动静态特性。3．对床身进行了模态分析，找出了机床床身的薄弱环节。研究了床身筋板厚度以及不同筋板布局对其模态频率的影响，优选了筋板布局方式。并且通过增加Z向筋板的方法进一步提高了床身的动态特性。4．对

3、“箱中箱”立滑板进行了模态分析。提出了三种改进方案。通过模态分析选出了最优的结构方案，并对该方案进行了尺寸优化，从而提高了立滑板的动态特性。关键词：加工中心，有限元分析，灵敏度分析，多目标优化，静力学分析，模态分析同步双驱精密卧式加工中心优化设计ABSTRACTWiththedevelopmentofmachiningcenterstowardthehigh-speedcutting,high-speedfeedingandhighmachiningaccuracy,therequirementfortheworkingperformanceof

4、themachiningcentersbecomeshigherandhigher.Forthemachiningcenters,theyshouldnotonlyhavegoodstaticcharacteristics,butalsohavegooddynamiccharacteristics.Therefore,itisnecessarytobecarriedoutthefiniteelementanalysisandpredictthestaticanddynamicresponseformachiningcenters.Thispape

5、rwassupportedbythe“ResearchonIndustrializationofsynchronousdual-drivehighspeedandhighefficiencyexacthorizontalmachiningcenter”,whichwasthespecialfundprojectofscientificandtechnologicalachievementtransformationofJiangsuprovince.MCH63horizontalmachiningcenterwastakenastheresear

6、chobject,andfiniteelementanalysisandoptimizationdesignwereperformedonhorizontalmachiningcenterwithgeneralfiniteanalysissoftwareANSYS.Themaincontentwasasfollows:1．Thefiniteelementmodelforthewholemachinewasbuiltandthevibrationmodalanalysisandstaticanalysiswereperformedonit.Mean

7、while,staticstiffnesstestandimpulseexcitationtestweremadeonthewholemachine.Thecorrectnessoffiniteelementmodelwasverifiedbycomparingtheresultsoffiniteelementsimulationandexperiments.2．Thevulnerablespotofthemachinecolumnhadbeenfoundbymeansoffiniteelementanalysis,andthenthesensi

8、tivityanalysisbasedondynamicandstaticperformanceofthegeometricalpara