SZJY-6數(shù)控鏜銑床關(guān)鍵件的特性分析及拓撲優(yōu)化設計.pdf

1、隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，需要大量的數(shù)控機床設備，尤其對于高端裝備的研制，更需要精密的數(shù)控機床來支撐，數(shù)控機床應用范圍廣，如航空航天、船舶、核電等裝備制造業(yè)。數(shù)控機床的性能指標主要從數(shù)控機床的靜態(tài)和動態(tài)特性兩方面進行評價的。數(shù)控機床的靜態(tài)和動態(tài)性能的好壞將直接影響機械加工質(zhì)量和數(shù)控機床的穩(wěn)定性。而對數(shù)控機床的加工質(zhì)量和穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在數(shù)控機床的關(guān)鍵部件的靜態(tài)和動態(tài)特性上，因此獲得數(shù)控機床的關(guān)鍵部件的靜態(tài)和動態(tài)性能指標，對評價數(shù)控機床的

2、性能，具有重要的意義。
　　本文以 SZJY-6數(shù)控鏜銑床的主軸和主軸箱為研究對象，對主軸和主軸箱進行靜態(tài)分析和動態(tài)分析及對主軸箱的結(jié)構(gòu)進行輕量化設計。主要內(nèi)容包括：
　　(1)建立 SZJY-6數(shù)控鏜銑床的主軸和主軸箱的三維模型。通過 CATIA三維建模軟件，依據(jù)主軸和主軸箱原有的尺寸，完成主軸和主軸箱的三維實體模型的構(gòu)建。
　　(2)對主軸和主軸箱的模型作合理的簡化。在不影響求解精度的情況下，對主軸和主軸箱作合理的

3、簡化。
　　(3)構(gòu)建主軸和主軸箱的有限元模型。將主軸和主軸箱導入 ANSYS Workbench中，通過設置單元類型，選擇網(wǎng)格劃分的方式，對主軸和主軸箱進行網(wǎng)格劃分，從而完成主軸和主軸箱的有限元模型的構(gòu)建。
　　(4)對主軸進行靜力學分析、模態(tài)分析和諧響應分析，及對主軸箱進行靜力學分析及模態(tài)分析。分別得出主軸和主軸箱的位移和應力云圖，及主軸的六階固有頻率和幅頻曲線和主軸箱的六階固有頻率。分析結(jié)果表明主軸和主軸箱具有良好的剛

4、度、強度和抗振能力，而主軸箱的設計過于保守，需要對主軸箱的結(jié)構(gòu)進行輕量化設計。
　　(5)選取拓撲優(yōu)化的方法對主軸箱進行輕量化設計。通過將質(zhì)量設置為目標函數(shù)，以施加的切削力和位移為邊界條件，對主軸箱進行優(yōu)化，結(jié)果顯示主軸箱優(yōu)化后的重量相比主軸箱優(yōu)化前的重量減輕了9％。對優(yōu)化后的主軸箱進行靜力學分析和模態(tài)分析，通過將優(yōu)化后的主軸箱的剛度、強度和固有頻率和優(yōu)化前相對應的參數(shù)進行對比，從而驗證了主軸箱拓撲優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的合理性。