高速立(Li)式(Shi)加工中心關鍵部[Bu]件結構優化(Hua)

高速立式[Shi]加工中心是數控機床設備(Bei)中[Zhong]加工效[Xiao]率zui高、加工批[Pi]量化程度[Du]zui大[Da],在有色金屬(Shu)和難(Nan)加工材料零件的(De)生産中應用zui廣泛的數[Shu]控機[Ji]床之一。随[Sui]着高[Gao]速加工中心加工精(Jing)度和加工效率的提高,關鍵部件的動靜[Jing]特性成為(Wei)制約高水(Shui)平加工中心的重(Zhong)要(Yao)指标,關鍵部件[Jian]的結構(Gou)優化成為提高其動靜特性的重要途[Tu]徑。本文的主要目标是針對高速立式加工中(Zhong)心的結構特點(Dian),對關鍵部件進(Jin)行必要的結構優化[Hua]以提升整機性能[Neng]。本文首(Shou)先對國内外在結構(Gou)優化方面的進展進行[Hang]了介紹,并對結構[Gou]優化技術應用到機床行業情況[Kuang]進行了總結(Jie)。根據加工中(Zhong)心設計的具體情況,着重[Zhong]闡述了(Le)利用結構(Gou)優化技術提升高速(Su)立式加工中心(Xin)關鍵部(Bu)件性能的必要性(Xing)。随後對優化驅動技(Ji)術和有限元優(You)化分析的基本[Ben]思[Si]路進行了簡要闡述[Shu],并簡要[Yao]介紹了有限元分析軟件ANSYS Workbench和Hyperworks,對(Dui)結構拓撲優(You)化的過程進行了(Le)介紹。

根據有限[Xian]元分析基本理[Li]論并結合高速立式加工中心的具體特[Te]點,提(Ti)出了适用于高速立式加(Jia)工中[Zhong]心的有限元分析方法,包括基(Ji)于裝配體(Ti)的分[Fen]析方法(Fa)和複雜[Za]邊界[Jie]條件的設置等,通過合理(Li)設置邊界條件達到充分模拟現場工況的要[Yao]求。然後對高速立式加工中心(Xin)的關鍵部件[Jian]進行了詳細(Xi)的(De)有[You]限元分析,得到(Dao)關鍵部件的位移(Yi)雲圖、應力雲(Yun)圖和模态雲(Yun)圖,為後續[Xu]的優化分析提供[Gong]了依據。依[Yi]據尺(Chi)寸優(You)化的特點和具[Ju]體優化過程(Cheng),首先利用基[Ji]于靈敏度分[Fen]析的尺寸選擇技術對[Dui]關鍵尺寸[Cun]進行(Hang)了篩[Shai]選,找到(Dao)對關鍵部件動靜[Jing]特性影響較大的參數；然後對關鍵(Jian)部件進行[Hang]了以減輕(Qing)自身質量為目[Mu]标的基于目标驅[Qu]動技術(Shu)的多目标尺寸優化設計。利用優化後尺[Chi]寸對模型進行重建,通(Tong)過對關鍵部件優化前後的有限元[Yuan]分[Fen]析結果進行對比,查看優化效果(Guo)并指導關鍵部件的改進設[She]計。zui後為了能夠[Gou]進一(Yi)步完善關(Guan)鍵部件的[De]結構,利用Hyperworks中(Zhong)的Optistruct模塊(Kuai)對關[Guan]鍵部件進行拓[Tuo]撲優化。本文針對高(Gao)速立式加工中心各個關鍵部件的(De)具體特點,對滿[Man]足闆殼結構的(De)模型進行了闆殼模型重建工作,然[Ran]後分别利[Li]用實體模[Mo]型和[He]闆殼模型對關(Guan)鍵部件進行(Hang)了基于變密度法的拓撲優化分(Fen)析,得到了較為理想的拓撲結(Jie)構,并(Bing)指導了關鍵部件的改進設計等工作。

立式加[Jia]工中心是(Shi)指主[Zhu]軸軸線與工作台垂[Chui]直設置的加工中心，主立式[Shi]加工中心機(Ji)要适用于加工闆類(Lei)、盤類、模具及小型[Xing]殼體類複雜[Za]零件。立式加工中心能完成銑[Xi]、镗削、鑽削、攻螺紋和[He]用切削螺紋等工序。立式(Shi)加工中心zui少是三軸(Zhou)二聯動，一般可實[Shi]現三軸三聯[Lian]動。有(You)的可進行(Hang)五軸、六軸[Zhou]控制。立式加工中心立柱[Zhu]高度是[Shi]有限的，對箱體類[Lei]工件加工範圍要(Yao)減少，這是立[Li]式加工中心的缺點[Dian]。但立式加工中心工(Gong)件裝夾、定位方便；刃[Ren]具運動軌迹易觀察(Cha)，調試程序檢(Jian)查測量方便，可及時發現問(Wen)題，進行[Hang]停機處理或(Huo)修改(Gai)；冷卻條件易建立，切削液能直接到[Dao]達(Da)刀具和加工表面；三個坐标軸與笛卡兒坐标系吻合，感覺直觀與圖樣視角一緻，切屑易排除和掉落，避(Bi)免劃傷加[Jia]工過的表面。與相應[Ying]的卧(Wo)式加工中(Zhong)心相比，結(Jie)構簡單，占地面積較小，價格較低。

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