樹(shù)脂礦物復(fù)合材料磨床床身有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、在機(jī)床各部件中，床身具有支撐頭架、工件、尾架、工作臺(tái)等主要零部件的重要作用，其靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)與機(jī)床加工精度、使用壽命等密切相關(guān)。高剛度和高阻尼性能是精密機(jī)床床身的兩個(gè)基本要求，但具有高剛度的金屬材料往往阻尼性能比較差，反之，阻尼性能好的金屬材料往往不能獲得較高的剛度。研究開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良阻尼減振性能的床身新材料已成為提高床身綜合性能的有效途徑之一。
　　本文在前人研究工作基礎(chǔ)上對(duì)樹(shù)脂礦物復(fù)合材料整體澆注而成床身展開(kāi)相關(guān)研究。首先對(duì)典

2、型工況下床身進(jìn)行受力分析，將床身以上部件的重力和切削力以壓力和扭矩的形式施加到床身的主要受力面上。根據(jù)受力狀態(tài)計(jì)算結(jié)果，使用仿真軟件ANSYS Workbench分別對(duì)樹(shù)脂礦物復(fù)合材料與鑄鐵材料兩種材質(zhì)床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)仿真分析，獲得了兩種材料床身各個(gè)方向的變形、等效應(yīng)力云圖，結(jié)果顯示樹(shù)脂礦物復(fù)合材料床身結(jié)構(gòu)除Z向變形稍大外，其余各向變形均小于鑄鐵材料床身，且其大變形部位較少，整體床身變形起伏較小，表明樹(shù)脂礦物復(fù)合材料床身靜力學(xué)性能與鑄鐵

3、材料床身相當(dāng)，能夠滿足使用要求。
　　分別對(duì)樹(shù)脂礦物復(fù)合材料和鑄鐵材料兩種材質(zhì)床身進(jìn)行模態(tài)分析仿真計(jì)算，得到兩種材料床身前八階模態(tài)固有頻率與振型圖并進(jìn)行了比較分析。分析結(jié)果表明，樹(shù)脂礦物復(fù)合材料床身固有頻率明顯高于鑄鐵材料床身。分別對(duì)兩種材料床身進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到其振幅頻率響應(yīng)曲線。分析結(jié)果表明，樹(shù)脂礦物復(fù)合材料床身各向振動(dòng)幅值均明顯小于鑄鐵材料床身。研究結(jié)果表明，樹(shù)脂礦物復(fù)合材料床身動(dòng)態(tài)性能明顯優(yōu)于鑄鐵材料床身。
　　為

4、了進(jìn)一步提高樹(shù)脂礦物復(fù)合材料床身的綜合性能，以床身壁厚和肋板厚度為設(shè)計(jì)變量，以最大靜態(tài)變形、前兩階模態(tài)固有頻率和質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)樹(shù)脂礦物復(fù)合材料床身進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)參數(shù)分析計(jì)算出各目標(biāo)函數(shù)分別對(duì)于兩個(gè)設(shè)計(jì)變量的靈敏度，得出床身壁厚和肋板厚度的最佳方案，獲得床身的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的床身進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果表明:優(yōu)化設(shè)計(jì)的床身靜、動(dòng)態(tài)性能均優(yōu)于原床身，但其質(zhì)量相對(duì)于原床身有一定程度的增大，為了實(shí)現(xiàn)床身的輕量化，進(jìn)而對(duì)優(yōu)化后床身