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基于ANSYS Workbench的龍門式加工中心橫梁的輕量化設(shè)計(jì)
閱讀：125 發(fā)布時(shí)間：2020-8-11文章預(yù)覽：
龍門式加工中心是制造業(yè)很重要的加工設(shè)備之一，因為其具備了跨距大、結(jié)構(gòu)合理、通過工件寬度大、剛性好等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用在航空、航天、模具、汽車工業(yè)、大型復(fù)雜零件制造等諸多領(lǐng)域上，以此來實(shí)現(xiàn)高速度、高精度、高柔度等加工要求w。而且橫梁橫跨在兩個(gè)立柱之上，類似簡支梁的布置形式，所以在自身重力、承載滑枕、十字滑塊和電主軸的重量以及切削反力的作用下，使得橫梁產(chǎn)生彎扭變形，為了使加工中心的加工精度更加準(zhǔn)確，加工中心的動(dòng)靜態(tài)性能肯定要有提高。但是一般設(shè)計(jì)者只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)加工中心各個(gè)部件的參數(shù)，為了滿足強(qiáng)度等要求，使得加工中心的尺寸和重量都比實(shí)際的大1因此，通過ANSYS Workbench軟件中的分析技術(shù)和尺寸優(yōu)化相結(jié)合的方法對橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，在提高橫梁整體力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)橫梁的輕量化設(shè)計(jì)。
1橫梁幾何模型的建立
本龍門式加工中心的橫梁為定梁式橫梁，整體尺寸為530 mmxl882 mmx500 mm,與兩側(cè)立柱相連接部位的壁厚為30 mm,接觸面為500 mmx500 mm,橫梁背面壁厚為20 mm,安裝導(dǎo)軌面部分的壁厚為50 mm,其余壁厚皆為30 mm。橫梁內(nèi)部布置0型筋板，筋板厚度為20 mm,局度為400 mm,筋板上矩形槽孔的尺寸為160 mmx40 mm。2橫梁的靜態(tài)分析和模態(tài)分析
2. J橫梁的靜態(tài)分析
ANSYS Workbench所提供的CAD雙向參數(shù)鏈接互動(dòng)、項(xiàng)目數(shù)據(jù)自動(dòng)更新機(jī)制、全面的參數(shù)管理、無縫集成的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具等，使ANSYS在仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面達(dá)到了的高度[M。其一般靜力學(xué)分析步驟包括導(dǎo)入幾何模型、材料屬性選擇、劃分網(wǎng)格、施加載荷和約束、求解I2.1.1網(wǎng)格劃分
由于SolidWorks和ANSYS Workbench的無縫連接，所以將橫梁三維模型結(jié)構(gòu)導(dǎo)入到ANSYS Workbench中，避免了模型特征的丟失一般設(shè)置橫梁的材料為灰鑄鐵HT300,其密度為7200 kg/m3,彈性模量為126 GPa,泊松比為0.27[\橫梁采用自動(dòng)網(wǎng)格劃分，但是其精度要為高精度'圖1為網(wǎng)格劃分后橫梁的有限元模型。
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結(jié)束語：
對龍門式加工中心橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，可得到以下結(jié)論:])對龍門式加工中心橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)特性分析，得出橫梁的靜剛度和前6階固有頻率均滿足設(shè)計(jì)要求。3 用 ANSYS Workbench中Design Exploration模塊得到橫梁內(nèi)部筋板厚度對橫梁質(zhì)量影響的靈敏度分析，通過靈敏度得出終優(yōu)化變量的選取。3)基于篩選算法對橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后橫梁的質(zhì)量減少129.9 kg,占比8.3%,總變形減小16.02%, 1階固有頻率提高2.94%,達(dá)到了優(yōu)化的目的。