卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计.pdf

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1、第2期组合机床与自动化加工技术NO．22013年2月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueFeb．2013文章编号：1001—2265(2013)02—0038—04卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计术赛宗胜，何一冉，王冠雄，丛明(1．大连机床集团有限责任公司，辽宁大连116620；2．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116023)摘要：以卧式加工中心立柱为研究对象，首先利用ANSYSWorkbench平台构建其有限元模型，并对其进行静动态特性分析研究分析结果发现立柱过大的质量将影响其整体性能的提

2、升，是原设计的薄弱环节。然后对模型结构尺寸进行了灵敏度分析，得到对立柱性能影响较大的灵敏尺寸，并将其设置为最终优化设计变量。最后以灵敏尺寸作为优化参数、立柱质量作为优化目标、最大变形量和一阶固有频率作为约束条件对立柱进行了轻量化设计，在保证立柱刚度及固有频率的基础上显著地减小了立柱的质量，达到了轻量化设计的目的。关键词：卧式加工中心；立柱；灵敏度分析；轻量化设计中图分类号：TH114文献标识码：AFiniteElementAnalysisandLightWeightDesignoftheColumnofHorizontalMachiningCenterSAIZon

3、g-sheng，HEYi-ran，WANGGuan-xiong，CONGMing(1．DalianMachineToolGroupCorp．，DalianLiaoning116620，China；2．SchoolofMechanicalofEngi—neering，DalianUniversityofTechnology，DalianLiaoning116023，China)Abstract：Thecolumnofthehorizontalmachiningcenteristakenastheobjectofstudy．Thefiniteele-mentmodel

4、isestablishedtakingadvantageofANSYSWorkbench．Thestaticanddynamiccharactersa-nalysisisperformedbasedonthismode1．Theweaknessofinitialdesignwasfoundthroughtheresearchofanalysisresults．Itisthemassofthecolumnthathashinderitsperformanceimproving．Parametersen-sitivityanalysiswascarriedout，an

5、dsensitivitydimensionswhichaffectedthetargetvariablegreatlywerechosentobeasthedesignvariables．Thelightweightdesignprocedurehasthesensitivitydimensionsasparameters，themassasthegoal，andthemaximumdeflectionandfirst—ordernaturalfrequencyastheconstraintconditions．Themassofthecolumnwasreduc

6、edobservablywiththesamestiffnessandnaturalfrequencyandthepurposeofthelightweightdesignwasachieved．Keywords：horizontalmachiningcenter；column；sensitivityanalysis；lightweightdesign小型精密加工中心床身主要壁厚仅8～10mm。国0引言内的加工中心结构设计水平与国外尚存在差距，因加工中心是用于加工箱体类零件的一种通用性此对加工中心进行轻量化设计具有重要的意义。很强的切削加工机床，它可以对箱体类零件

7、进行平立柱是卧式加工中心的主要基础零部件，它是面铣削、曲面铣削、钻孔、扩孑L、攻丝、绞孔，镗削加主轴箱支承和导向的主体，其静动态性能将直接影工，甚至可对工件进行形状和位置公差测量⋯。加响加工中心的加工精度、精度稳定性和抗振性。因工中心的出现是制造技术发展过程中的一个重大突此，对立柱进行静动态特性有限元分析及轻量化设破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。计具有非常重要的工程意义。加工中心轻量化设计是在保证加工中心刚度的1立柱有限元模型同时减小加工中心的质量，从而提高机床动态响应性能，降低制造成本。加工中心结构件一般是铸1．1卧式加工中心造薄壁结构，修改铸件壁厚是实

8、现轻量化的