平面磨床床身结构分析与优化设计.pdf

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1、设计与制造·机械研究与应用·平面磨床床身结构分析与优化设计应鸿烈，杨绍荣(金华职业技术学院，浙江金华321007)摘要：平面磨床床身动静刚度直接影响机床的加工质量通过建立某型平面磨床床身有限元分析模型并进行静态和模态分析，对床身结构进行改进，然后在此基础上进行结构优化，优化后床身质量下降15．6％，而结构的固有频率和刚度变化不大，取得明显的优化效果。关键词：平面磨床床身；有限元分析；结构优化中图分类号：TG580．23文献标识码：A文章编号：1007—4414(2012)O1—0o87一o3Structureanalysisandoptimizationdesig

2、nofplanegrinderbedYingHong-lie，YangShao-rong(Jinhuacollegeofprofessionandtechnology，JinhnaZhejiang321007，China))Abstract：Thedynamicandstaticstifnessofplanegrinderbeddirectlyafectprocessingqualityofthemachinetoo1．Onthebasisofthefinitcelementanalysismodelforaplanegrinderbed．thestaticsta

3、teandmodalanalysisaredoneandthestructureofthegrinderbedisimproved．Aftertheseoptimaizations，thestructuralnatural~equeneyandstifnesschangealittle，butthestructuralweightofthegrinderbedreduces15．6％．thustheobviousoptimizationresultisachieved．Keywords：planegrinderbed；Finiteelementanalysis；s

4、tructureoptimization1引言孔和倒角等结构。平面磨床作为一种重要的机械零件加工设备，广床身材料为HT250，弹性模量E=1．1xi0MPa，泛应用于尺寸精度和表面质量要求较高的各种平面泊松比=0．28，密度P=7．2×10曲kg／ITlm。利用有加工。床身是磨床的重要基础部件，起着支撑和连接限元分析软件ANSYS建立床身的三维实体模型，选工作台、立柱等关键零部件的作用。床身结构的布局择8节点的Solid45单元对床身结构进行网格划分，形式和设计尺寸决定了其动态特性的优劣，如静动刚划分网格后的模型如图1所示。度的大小和结构的模态振型等特征。床身的静

5、刚度床身承受的载荷主要来自于床身结构自重、立柱和动态特性直接影响被加工零件的质量J，改变床和工作台自重以及由磨削力引起的作用在其上的压身的结构布局和进行尺寸优化可改善其静刚度和动力载荷，以均布载荷的形式加载。床身直接安装在垫态特性，对提高磨床的加工精度具有重要意义‘2J。铁上，可简化为在所有地脚螺栓处全约束处理，对床笔者应用有限元方法对某型卧轴矩台平面磨床的床身施加约束与载荷后如图2所示。身结构进行静、动态性能分析，探讨床身的不同结构对静、动态性能的影响，在对结构不做重大改动的基础上实现磨床床身结构的优化。2建立床身有限元模型该型号平面磨床的床身为丁字型布局的铸造

6、结构，由前、后床身组成，导轨形式为V一平导轨。床身图1床身有限元分图2施加约束与载荷结构复杂，为增加安装导轨处床身的刚性，在导轨安析模型后床身模型装面下方均匀分布着加强筋板，床身内部的矩形筋板呈井字形分布。如果用其不简化细小结构的实体模3床身原始结构分析型进行模态和刚度分析，会使模型单元划分困难，单元数目巨大，甚至难以求解J。因此，在不影响分析采用上述有限元模型、载荷及边界条件，对床身精度的前提下，建模时对床身结构进行一定的简化，结构进行静态分析，并利用兰索斯方法(BlockLanc．去掉对实际分析影响不大的细节特征，如凸台、螺钉ZOSMethod)进行模态分析。

7、分析结果表面床身所受的最大应力只有2．3MPa，远低于床身材料灰铸铁的收稿日期：2011-12-10作者简介：应鸿烈(1977一)，男，浙江金华人，讲师，研究方向：现代设计理论与方法、结构分析与优化。·87·设计与制造·机械研究与应用·最大许用应力值。因此在分析床身结构时主要考虑为5OHz左右，一阶模态远离了磨床的主要振源频结构的刚度，即床身在各种载荷下的变形。图3为原率，不易与外界发生耦合振动，动态特性稳定。床身结构的总变形，图4、5为前床身平导轨和V轨4床身结构改进及分析各向位移曲线，图6为床身前三阶模态振型。4．1床身结构改进床身的原始结构是在经验、类比的基

8、础上设计的