基于ANSYS的磨床头架箱分析及优化.pdf

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1、第55卷第8期V01．55No．8农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERING2017年8月August2017doi：10．3969／j．issn．1673-3142．2017．08．017基于ANSYS的磨床头架箱分析及优化赵启卓(200093上海市上海理工大学机械工程学院)【摘要】磨床作为零件的精加工机床，对各部件精度、刚度方面的要求都很高，尤其是磨床头架。为了验证某磨床头架的设计是否符合要求以及减轻重量节约成本，利用SolidWorks对头架箱进行物理建模

2、，导入ANSYSWorkbench对头架箱进行静力学分析和模态分析，并用变密度法拓扑优化对其进行优化，在分析优化结果的指导下进行结构改进，最终在满足性能要求的前提下将头架箱的质量减轻了12％，达到了预定的目标。改进后的箱体最大变形量稍有变大，但满足要求．固有频率提升了16％，与主轴频率0．5Hz相差很大，减小了工作发生共振现象的概率。【关键词】磨床头架；有限元分析；拓扑优化【中图分类号】TG580【文献标识码】A[文章编号]1673—3142(2017)08—0072—05AnalysisandOptimizatio

3、nofGrindingMachineHeadstockBasedonANSYSZhaoQizhuo(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)[Abstract】Asafinishingmachine，grindingmachinehasveryhighrequirementtotheprecisionandstiffnessquotaofitspans，especial

4、lythegrindingmachinehead．Inordertoverifywhetherthedesignofagrindingmachineheadmeetstherequirement，whetherredueestheweightandcost，useSolidWorksforphysicalmodelingandputthemodelintoAnsysworkbenchforstaticanalysisandmodalanalysis，carryonoptimizationofvariabledensi

5、tymethodoftopologyoptimization．Improvethestructureundertheguidanceofanalysisandoptimizationresults，finallyreducetheweightofheadstockby12％onthepremiseofsatisfyingthecapabilitiesrequirement，whichreachestheintendedtarget．Themaximumdeformationisabitlarger，butstillm

6、eetsrequirements．Thenaturalfrequencyhasbeenincreasedby16％，andhasagreatdifferenceof0．5Hzfromthespindlefrequency，whichreducestheprobabilityofresonance．【Keywords】grindingmachinehead；finiteelementanalysis；topologicaloptimization0引言头架是机床的一个重要组成部分，在内外圆磨床、螺纹磨床以及曲轴、齿轮等

7、磨床中，由头尾架相配合，对工件起支撑、定心、夹持及带动回转等作用【1】。头架箱主要用于分布传动轴，文中磨床头架箱的传动系统采用一根动力轴带动两根传动轴运转。在箱体有限空间中各部件必须合理分布并保证运动精度，所以箱体的精确性对产品加工精度和质量的提高至关重要。通过对箱体进行有限元分析，可以得出箱体的应力应变值，并验证箱体的刚度和强度是否满足要求，设计是否过于保守，从而为箱体的优化提供依据。本文以某型数控磨床头架箱为例，用SolidWorks软件进行物理建模，导入有限元分析软件进行静力学分析和模态分析，利用变密度法删收稿

8、日期：2017—01—12修回日期：2017一Ol一18除冗余材料来获得满足频率刚度要求、质量最小的优化，降低成本，提高产品质量和性价比。1头架箱受力分析用SolidWorks对头架箱进行三维建模。为了在有限元分析时可以减少单元数、缩短计算时间，对三维模型进行了简化，包括忽略所有螺栓，忽略圆角倒角【2】。图1为头架箱箱体三维模型。图1头架箱箱体