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基于ANSYS的數(shù)控加工中心立柱性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
閱讀：117 發(fā)布時(shí)間：2020-8-12文章預(yù)覽：
科技的進(jìn)步推動(dòng)著制造業(yè)的高速發(fā)展，加工中心正朝著高效率、高可靠性、高柔性化和模塊化的方向轉(zhuǎn)變[1]。傳統(tǒng)意義下的經(jīng)驗(yàn)類比等設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無(wú)法滿足目前加工中心的發(fā)展，通過模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析等方法識(shí)別出加工中心結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而對(duì)加工中心進(jìn)行響應(yīng)面分析及目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，能使加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理2。
作為加工中心的核心結(jié)構(gòu)，立柱同時(shí)連接著床身和主
軸箱，其強(qiáng)度和剛度是零件加工精度的保證，直接關(guān)系到整機(jī)的工作性能。因此，對(duì)立柱力學(xué)特性的研宄具有重要現(xiàn)實(shí)意義[3]。
立柱通常采用薄壁多筋結(jié)構(gòu)，內(nèi)部形態(tài)復(fù)雜，加工受力后的應(yīng)力和應(yīng)變狀況也較復(fù)雜。通過傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)的立柱，結(jié)構(gòu)中往往存在諸多不合理的地方，而優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的出現(xiàn)，可以設(shè)訃出滿足性能要求的結(jié)構(gòu)方案。目前，對(duì)于加工中心的優(yōu)化多集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，包括筋板樣式的設(shè)計(jì)和布局，關(guān)鍵零部件截面形狀的改變等等。雖然可以一定程度上提升加工中心的性能，但是缺少對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的整體把握和評(píng)判，優(yōu)化工作量大，針對(duì)性不足。
本文以XK714數(shù)控加工中心立柱結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，以Ansys Workbench分析軟件對(duì)AL柱進(jìn)?(了了力學(xué)分析，找到了其薄弱環(huán)節(jié)，然后采用響應(yīng)曲面優(yōu)化法，通過靈敏度分析評(píng)判尺寸因素的影響權(quán)重，進(jìn)而選擇關(guān)鍵尺寸優(yōu)化改進(jìn)，減少參數(shù)優(yōu)化量，提升了優(yōu)化效率。在減重的情況下使立柱獲得較好的力學(xué)性能，為加工中心的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供借鑒。
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結(jié)束語(yǔ)：
應(yīng)用ANSYS有限元軟件對(duì)數(shù)控加工中心立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，通過靜力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)加工中心Z向和Z向形變較大，安全系數(shù)太高，設(shè)計(jì)過于保守，經(jīng)諧響應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)加工中心的一二階|Vi_llT頻率偏低站hlui.al sen-silivilv分析，荻得影響加工中心性能的關(guān)鍵尺十，并將其定義為設(shè)計(jì)變量，將質(zhì)量，前兩階固有頻率和大形變作為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)立柱進(jìn)行尺寸優(yōu)化,對(duì)優(yōu)化產(chǎn)生的3組候選設(shè)計(jì)點(diǎn)綜合分析，選取Candidate point 2作為結(jié)果。此次優(yōu)化，立柱前兩階固有頻率分別提升15.487%和13. 643%，大形變降低2. 32%，質(zhì)量減少10.31%。結(jié)果表明，優(yōu)化效果良好，該方法能夠?yàn)榧庸ぶ行脑O(shè)計(jì)提供參考。