基于HyperWorks的数控车床主轴箱结构优化.pdf

《基于HyperWorks的数控车床主轴箱结构优化.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·机械制造·张乐平，等·基于HyperWorks的数控车床主轴箱结构优化基于HyperWorks的数控车床主轴箱结构优化张乐平，刘壮，高长水，赵义顺(1．南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室。江苏南京210016；2．南京数控机床有限公司，江苏南京211100)摘要：以某型号数控车床主轴箱为对象，以仿真软件HyperWorks为平台，进行结构优化优化目标是在保证主轴箱刚性和强度以及模态的固有频率不降低的前提下，尽量减轻主轴箱的质量，并寻求主轴箱材料更合理的分布。对主轴箱进行了仿真静力和模态分析。基于变密度法，以主轴孔

2、变形量和前4阶固有频率为约束条件、以主轴箱体积最小为目标函数．对主轴箱进行了结构拓扑优化，得到了新的主轴箱结构关键词：数控车床；主轴箱；静力分析：模态；拓扑优化中图分类号：TG519．1；TP391．9文献标志码：B文章编号：1671—5276(2015)04—0010．04StructuralOptimizationofSpindleBoxforCNCLatheBasedonHyperWorksZHANGLeping，LIUZhuang，GAOChangshui，ZHAOYishun(1．JiangsuKeyLaboratory

3、ofPrecisionandMicro—ManufacturingTechnology，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing210016，China；2．NanjingCNCToolMachineCo．，Ltd．，Nanjing211100，China)Abstract：ThispaperfocusesattentiononthestructuraloptimizationofspindleboxforCNClathewithHyperWorkssystem．Its

4、purposeistoreducethetotalweightofspindleboxandseekmorereasonabledistributionofmateria1．Inthemeantime，itsstif—ness，strengthandlownaturalfrequenciesremainunchanged．Itsstaticandmodalanalysesaredone．Basedonvariableden·sitymethod．mathematicalmodeloftopologicaloptimizationi

5、sbuiltbyconstraintsofspindlehole’SdisplacementsandfourIowe-ordernaturalfrequencies，andthentheminimumvolumeisusedasobjectivefunctiontoobtainanewstructureofthespindlebox．Keywords：CNClathe；spindlebox；staticanalysis；modal；topologicaloptimization不是全局最优的结果。而拓扑优化可以在零件结构方案0引言

6、设计阶段给材料合理布局，在零件给定的外载荷和边界条件下，通过改变结构拓扑使结构达到最优。数控机床具有加工精度高．品质稳定，生产效率高，经现运用仿真优化软件HyperWorks中OptiStruct模块济效益好等优势，为了保证这种高精度、高效率的加工，数的拓扑优化功能，对某型号数控车床主轴箱进行结构优控机床对自身的结构也有很高的要求。由于数控机床经化。对主轴箱进行静力和模态分析，了解其静动态性能。常在高速和重载切削条件下连续工作，因此机床的主要部在此基础上，对主轴箱进行基于变密度法的拓扑优化。件对刚度要求很高。主轴箱是数控车床的核心

7、部件，其静动态性能直接影响重载数控车床的加工精度、精度稳定性1主轴箱的结构和抗振性⋯传统的机床主轴箱设计方法主要依据材料力学理论，此型号数控车床主轴箱为空腔结构，通过底座的螺栓根据经验建立主轴箱模型．主轴箱性能的好坏必须经过试连接固定在床身上。车床主轴部件由一对滚子轴承支承验测试来核定。这一过程不但延长产品设计周期，而且浪装配在主轴孔内，工件由三爪卡盘夹持，固定在主轴端部。费大量的人力财力，最终难以设计出性能优越的产品。因因此在实际车削时，主轴箱的变形或者振动过大会直接影此，对现有的主轴箱进行结构优化，寻求其最优结构，使其响零件的

8、加工精度。主轴的最大转速为500r／min。能满足主轴箱的静动态性能和制造加工要求，在工程应用上意义重大。2主轴箱静力分析与模态分析目前在结构优化中有三个层次l3]：尺寸优化、形状优化与拓扑优化。其中尺寸优化和形状优化只改变特定位2．1主轴箱三维模