基于灵敏度分析的五面加工中心床身结构优化设计.pdf

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1、第5期机械设计与制造2012年5月MachineryDesign&Manufacture165文章编号：1001—3997(2O12)05一Ol65一O3基于灵敏度分析的五面加工中心床身结构优化设计郑雪梅(台州职业技术学院，台州318000)OptimizationdesignforbedstructureofXH7910machiningcenterbasedonsensitivityanalysisZHENGXue-mei(TaizhouVocationalandTechnicalCollege，Taizhou318000，China)、I—"^tt一●t一^●一”、．—^●

2、一^t一^"、．—N呻，-1、鼻NH、．竹^N●一^l一H、．"量十"、．一、Nl—H、．—^NH、．一u’、●斤【摘要】机床床身是机床的重要部件，它起着支撑立柱、工作台等部件的作用，其性能的好坏直接影响到机床的加工精度。在对HX7910五面加工中心床身结构动态优化设计过程中，建立HX7910五面h_z-中心床身的有限元模型，分析了其前六阶模态。根据分析结果确定筋板为优化对象，采用灵敏度优化法首先对床身内部筋板结构参数进行动态灵敏度分析。在灵敏度分析基础上，进行结构优化设计，得到了较优的结构参数，提高了h~_z-中心床身的动态特性，从而提高床身的性能。关键词：机床床身；灵敏度分析

3、；优化设计【Abstract】Themachinetoolbedisakeypartofmachinetoolwhichstructuralpe~ormanceaffectsdirectlymachiningaccuracyforsupportingcolumn，workstationsandotherparts．Instructuraloptimizationdesignforbedofamachiningcenter．afiniteelementmodelofbed砸builtfortheHX7910machiningcenterandanalysisforthefirsts

4、ixmodalWO$carriedout，accordingtowhichthereinforcingplateisde—terminedtobetheobjectforoptimizing．ThenthesensitivityanalysisbasedondynamicpeformanceofstructuralparametersofthebedWasperformed．Aerthattheoptimumstructuralparameterswereob—tainedbasedonthesensitivityanalysis，whichimprovedthedynamics

5、ofthebedandthepe咖rm棚eofthebed．Keywords：Machinebed；Sensitivityanalysis；Optimizationdesign中图分类号：TH16，TG502．15，TG547文献标识码：Asubspace(子空间法)、reduced(缩减法)法等13]。笔者采用block1引言lanczos方法进行求解。五面加工中心由床身、立柱、主轴箱、工作台等部件组成，其中床身是很重要的部件，它起着支撑立柱、工作台等部件的作用，其性能的好坏直接影响到机床的加工精度。笔者应用有限元方法，分析HX7910五面加工中心床身的动态特性，并对HX791

6、0五面加工中心床身内部筋板的结构参数进行动态灵敏度分析，在敏度分析基础上得到了较优的结构参数，提高床身的动态特陛。2加工中心床身动态分析2．1有限元模型的建立应用三维CAD软件，建立以HX7910五面加工中心床身的CAD模型，同时对模型进行简化『11，简化一些对分析结果影响不大的结构，如螺栓孔、细小圆角等，简化后模型，如图1所示。再将CAD模型导入有限元分析软件中，采用六面体单元对床身进行网格划分日，如图2所示。图2加工中心床身有限元模型2．2模态分析HX7910五面加工中心床身的前6阶频率和振型。从表1模态分析是研究机床结构动态特．f生最常用的一种方法。通中可以看出前6阶模态均

7、影响床身导轨的精度，但主要是前3过模态分析可以得到弹性结构体的模态参数，为结构系统的振动阶低频部分，第4阶模态的固有频率为402．5Hz，远超出了机床特性分析、结构动力特性的优化设计提供依据。有限元方法进行的工作频率120Hz，因此，在后续灵敏度分析时，可以选择前3模态分析，常用的方法主要有blocklanczos(分块兰索斯法)、阶模态对床身的性能进行分析。床身前3阶模态云图，如图3(a)★来稿日期：2011-07—15★基金项目：浙江省科技计划项目(2009C31064)16