【摘 要】
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数控机床是现代制造业的关键设备,随着制造技术的进步,数控机床向高速、高精、高效方向不断发展。机床整机的刚度和加工性能在很大程度上取决于其部件的刚度和制造精度,为了
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数控机床是现代制造业的关键设备,随着制造技术的进步,数控机床向高速、高精、高效方向不断发展。机床整机的刚度和加工性能在很大程度上取决于其部件的刚度和制造精度,为了使机床拥有较高的刚度和加工性能,保证其安全可靠地工作,要求机床结构必须具备良好的静动态特性。因此,基于有限元方法对机床关键件的静动态特性分析与优化的课题研究具有很大实际意义。本文以HT-3立式加工中心为研究对象,利用虚拟建模技术和仿真分析技术,对数控机床部分支撑件即底座和立柱进行静动态特性分析。通过分析,找到结构的薄弱环节,然后进行结构的改进和优化。主要内容和取得的成果如下:(1)建立底座的实体模型,对其进行静动态特性分析,为其结构优化提供理论依据。底座侧壁的静动刚度均有不足,有一定机率发生共振现象。针对分析结果中底座薄弱环节,运用传统的设计和现代设计协同进行模型试验地方法,增加薄弱环节相应位置的支撑,提高其静动刚度。再通过对底座的敏度分析和目标优化。使增加的支撑筋板的支撑作用达到最优。提高底座的固有频率至振动曲线的准静态区域,使底座的动态性能得到提高。(2)建立立柱的实体模型,对其进行静动态特性分析。以轻量化设计为目标,以连续体拓扑优化的变密度法为基础,对立柱进行拓扑优化设计。再通过对立柱灵敏度分析和目标优化,得到较优化的立柱结构。最终使得机床的底座模态一阶固有频率提高了24.27%而立柱质量减轻7.1%达到了优化设计的效果,机床立柱的静动态性能得到提高。
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