本文關(guān)鍵詞：基于有限元的車(chē)床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

２００９年第３期

文章編號(hào)：１００１—２２６５（２００９）０３—００２１—０４

?設(shè)計(jì)與研究?

基于有限元分析的模具加工中心床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

。

鐘偉弘１，Ｉ徐燕申２ｌ，林漢元３

３００３８４；２．天津大學(xué)先進(jìn)陶瓷與加工技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，

（１．天津理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津

天津３０００７２；３．天津第一機(jī)床總廠，天津３００１８０）

摘要：機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)剛度與布局有關(guān)，通過(guò)改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可同時(shí)改善結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)性能。文章根據(jù)單自由度系統(tǒng)動(dòng)、靜剛度的關(guān)系，使用有限元分析（ＦＥＡ）方法對(duì)模具加工中心床身部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜態(tài)和模態(tài)分析，提出了各種優(yōu)化方案。經(jīng)過(guò)優(yōu)選，得到最佳布局，該結(jié)構(gòu)已被生產(chǎn)廠家采用，投入制造，不僅使床身的靜、動(dòng)態(tài)性能大幅度提高，節(jié)省了材料，而且為加工中心床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了參考。關(guān)鍵詞：床身；有限元分析；靜力分析；模態(tài)分析；動(dòng)靜態(tài)性能中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＧ６５９，ＴＨｌ２３＋．４

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ

ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＯｐｔｉｍｉｚｅｄＤｅｓｉｇｎｏｆ

ＭｏｕｌｄＭＣ

ＢｅｄＢａｓｅｄ

ｏｎ

ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ

ＺＨＯＮＧＷｅｉ－ｈｏｎ９１，ＸＵＹａｎ—ｓｈｅｎ２，ＬＩＮＨａｎ—ｙｕａｎ’

（１．Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒ

ＡｄｖａｎｃｅＣｅｒａｍｉｃｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＭａｃｈｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ

３０００７２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｍｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｄｙｎａｍｉｃ

ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｒｅｌａｔｅｓｔｏｉｔｓｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔａｔｉｃ

ｔｏ

ａｎｄ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣａｎ

ｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ

ａ

ｂｙ

ｃｈａｎｇｉｎｇｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ

ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｓｙｓｔｅｍ，ｓｔａｔｉｃｓｔｉｆｆｎｅｓｓ

ｔｈｅｒｅｌａ－ｍｏｄａｌ

ｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ

ｄｙ’ｎａｍｉｃ

ａｎｄ

ｓｔａｔｉｃｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆ

ａｒｅ

ｓｉｍｐｌｅ

ａｎｄ

ｖｉｂｒａｔｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＭＣｂｅｄ

ａｎａｌｙｚｅｄ

ｂｙ

ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ

ａｎａｌｙｓｉｓ（ＦＥＡ）ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｖａｒｉｏｕｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｈａｓｂｅｅｎａｄｏｐｔｅｄ

ｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｏｐｔｉｍｕｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄａｆｔｅｒ

ｕｓｅ

ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ａｎｄ

ｐｕｔｉｎｔｏ

ｒｅ－

ｂｙ

ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｌａｎｔ．Ｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｓｔｍｉｃ

ａｎｄ

ｄｙｎａｍｉｃ

ｏｆｔｈｅｂｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｅｎｈａｎｃｅｄ

ｍａｒｋａｂｌｙ，ａｎｄ

ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｓａｖｅｄ，ｂｕｔａｌｓｏｔｈｉｓｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆＭＣｂｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｅｄ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｔａｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｏｄａｌ

ａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｙｎａｍｉｃ

ａｎｄ

ｓｔａｔｉｃ

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

０

引言

和一般立、臥式加工中心相比，龍門(mén)式加工中心的

上對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，大幅度提高床身結(jié)構(gòu)的靜態(tài)剛度和固有頻率，為床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

床身為窄長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)，特別是動(dòng)臺(tái)式加工中心，床身則更長(zhǎng)。因此，這樣的長(zhǎng)床身一般多由幾段用螺釘連接成整體。床身是模具加工中心的基礎(chǔ)部件，它的動(dòng)、靜態(tài)性能直接影響模具的加工精度。在結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中使用有限元分析（ＦＥＡ）方法，可大大提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。本文利用ＡＮＳＹＳ軟件對(duì)某龍門(mén)動(dòng)臺(tái)式模具加工中心的床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)分析，并在此基礎(chǔ)

收稿日期：２００８—１０—２８；修回日期：２００８—１２—３１?基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５０２７５１０５）

１

單自由度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)、靜剛度關(guān)系

對(duì)可以忽略阻尼的保守系統(tǒng)，假設(shè)系統(tǒng)初始狀態(tài)

最大勢(shì)能為Ｕｍａｘ，Ｕｍａｘ與結(jié)構(gòu)靜剛度ｋ和最大變形量￡有關(guān)，且成正比，可表示為：

Ｕｍａｘ＝八｜｜｝，Ｌ２）

（１）

根據(jù)能量守恒原則，振動(dòng)中系統(tǒng)勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能Ｔｍａｘ，Ｔｍａｘ與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)質(zhì)量ｍ、固有圓頻率∞。以

作者簡(jiǎn)介：鐘偉弘（１９６７一），女，山東平度人，天津理工大學(xué)副教授，主要從事光電檢測(cè)及ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｚｗｈ４２６＠１２６．ｃｏｒｎ。

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

?設(shè)計(jì)與研究?

及最大振幅Ａ有關(guān)，且成正比關(guān)系，可表示為：

Ｔｍａｘ＝ｇ（ｍ，∞。２，Ａ２）

（２）

由（２）可知，結(jié)構(gòu)固有頻率甜。與振幅Ａ成反比關(guān)系，∞。提高Ａ將降低。故固有頻率可作為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化參數(shù)。因Ｕｍａｘ＝Ｔｍａｘ，故靜剛度ｋ與固有頻率∞。２有正比關(guān)系。對(duì)于單自由度結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其振動(dòng)固有頻率為：

１

／Ｔ－

，．、

∞ｏ

２磊√一ｍ

Ｌ

３

Ｊ

固有頻率標(biāo)志其動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)劣，可作為動(dòng)態(tài)優(yōu)化目標(biāo)�？梢�(jiàn)，＇ｔＯ。２∞ｋ固有頻率提高，結(jié)構(gòu)靜剛度也相應(yīng)提高。根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)理論Ｈ１，其靜變形與低階振型一致。故結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要從提高薄弱環(huán)節(jié)的剛度人手，通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)提高動(dòng)、靜態(tài)性能。

２原床身模型結(jié)構(gòu)有限元分析

２．１原模型結(jié)構(gòu)

原模具加工中心床身結(jié)構(gòu)由左、中、右三段組成，并由螺釘連接成一個(gè)整體。基本結(jié)構(gòu)為板結(jié)構(gòu)，主要為外板和內(nèi)部肋板。肋板采用縱橫交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，筋板格間距約４００×５００ｍｍ，且有分布清砂孔的斜筋。計(jì)算模型的外壁厚３０ｍｍ，內(nèi)部肋板厚２０ｍｍ。床身上部的導(dǎo)軌和排屑槽，與床身鑄成一體。根據(jù)原床身結(jié)構(gòu)，略去螺紋孔及局部支撐筋板等細(xì)節(jié)，采用板單元建立有限元模型如圖１、圖２所示。

圖１原床身結(jié)構(gòu)正面

２．２床身模態(tài)分析

床身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，計(jì)算材料選用鑄鐵，取材料彈性模量Ｅ＝１．４５×１０“Ｐａ，密度Ｐ＝７５５０ｋｇ／ｍ３，泊松比肛＝０．２５進(jìn)行模態(tài)分析。原床身的前３階模態(tài)振型分析結(jié)果如圖３、圖４、圖５所示。

分析其固有頻率值可知，第１、２階固有頻率較低，其振型均上下彎曲和對(duì)角扭曲，說(shuō)明床身在上下和前

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)

圖５第三階頻率１０２．５Ｉｔｚ（前后彎曲）

后方向上動(dòng)剛度較低。因此，結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要從提高上

下前后抗彎剛度和抗扭剛度人手。２．３床身靜態(tài)變形分析

床身工作時(shí)，在其上部安裝工作臺(tái)，在安裝支撐面上（共８處）施加載荷，并計(jì)入床身自重，按照工作臺(tái)在中間位置計(jì)算靜態(tài)變形。圖６是床身靜態(tài)分析邊界條件，模具和工作臺(tái)重量加載在導(dǎo)軌面對(duì)應(yīng)工作臺(tái)的支撐塊處，工作臺(tái)底部左右兩側(cè)施加約束，計(jì)算其綜合變

形如圖７所示。床身的變形直接影響機(jī)床的工作精

２００９年第３期

度，尤其是工作臺(tái)面內(nèi)變形，因此，應(yīng)專(zhuān)門(mén)提取工作臺(tái)面內(nèi)最大變形值。

圖７床身綜合變形輪廓

從圖７綜合變形輪廓分析可見(jiàn)，因床身結(jié)構(gòu)對(duì)縱軸線不完全對(duì)稱，故同一橫截面上兩導(dǎo)軌變形有所差異，導(dǎo)致兩導(dǎo)軌磨損不均，嚴(yán)重影響加工精度，因此必須對(duì)結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。

３床身模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化

３．１

基于靜態(tài)變形分析的床身模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程根據(jù)床身靜態(tài)變形分析的結(jié)果，由于兩導(dǎo)軌變形

存在差異，故首先考慮去掉結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的斜筋板，并將筋板格距從原方案的４００×５００ｍｍ改為２００×３００ｍｍ，從表Ｉ方案１的第一行計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，各變形值大幅度減小，但由于筋板密度增加使整個(gè)機(jī)身重量增加，考慮到維持材料原成本，將內(nèi)外壁筋板厚度由原方案的２０／３０ｍｍ，減為１５／２０ｍｍ，分析結(jié)果如表１方案１第二行所示。不僅重量稍有增加，剛度也不盡理想。

為提高抗扭曲剛度，將在導(dǎo)軌和底板之間添加水平橫底板，并將導(dǎo)軌制成實(shí)心，考慮不能明顯增加床身重量，將內(nèi)外筋板進(jìn)一步減薄為１２／１５ｍｍ，分析結(jié)果如表１中方案２第二行所示。分析結(jié)果表明床身重量比原方案重１．６噸。

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

?設(shè)計(jì)與研究?

為減少重量，將橫底板去掉，計(jì)算結(jié)果如表１中方案３所示，各變形較方案２的最終優(yōu)化結(jié)果略有增大，因此橫板對(duì)增加剛度所起到的作用不大。

為進(jìn)一步減少重量，在去掉橫板的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了橫向和縱、橫兩個(gè)方向均開(kāi)出砂孔的方案，分析結(jié)果如表１方案４和方案５所示，其中內(nèi)外板均采用１５／２０ｍｍ。從方案４、５計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，增開(kāi)縱向出砂孔，重量減少不甚明顯而各個(gè)變形卻增大顯著。

上述各方案對(duì)減重沒(méi)有明顯改觀，因此在去掉開(kāi)縱向出砂孔的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步減重，去掉排屑槽，將其改為外購(gòu)件，分析結(jié)果見(jiàn)表１方案６。由計(jì)算結(jié)果可以看出，去掉排屑槽，重量下降明顯，各個(gè)變形明顯減小，剛度大幅度增加。

考慮簡(jiǎn)化鑄造工藝，將內(nèi)筋板的橫向出砂孔改在底板上鑄出，分析結(jié)果見(jiàn)表１方案７．雖然該方案較方案６重量稍有增加，但各個(gè)變形減少幅度較大，剛度提高明顯。由優(yōu)化過(guò)程可知，方案７為最佳。

表１床身結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案比較

內(nèi)外

綜合工作臺(tái)面內(nèi)方案

壁厚變形最大變形重量（ｍｍ）

（“ｍ）

（恤ｍ）

（噸）

原方案：斜筋格距４００＋５００ｍｍ２０／３０８９．８７４．４３１３．２６方案（１）：無(wú)斜筋，格距２００

Ｘ

２０／３０５５，４５４４，７６１８．Ｊ２３００ｍｍ

１５／２０７７．０９６２．１２１４．１６１５／２０

３２．２２５．０３１６．７方案（２）：實(shí)心導(dǎo)軌，加橫板

１２／１５

４１．０５３２．０１１４．８６方案（３）：去掉橫板

１２／１５

４１．４

３２．２８

１４．０５

方案（４）：去掉橫板，開(kāi)橫出砂１５／２０

孔

３５．０５２６．９３

１５．４１

方案（５）：去掉橫板，開(kāi)縱橫出１５／２０４１．５３２．５７１５．１

砂孔

方案（６）橫向開(kāi)出砂孔，去掉排屑槽

１５／２０３０．６２２．０７１２．９２

方案（７）去掉橫出砂孔、排屑１５／２０

槽，底面開(kāi)出砂孔

２７．３２０．１２１３．１３

由上述優(yōu)化結(jié)果可以看出，改變床身的結(jié)構(gòu)，不僅減少了材料重量，降低成本，而且大幅度減小了變形，顯著提高結(jié)構(gòu)靜態(tài)剛度。原床身結(jié)構(gòu)與改進(jìn)后方案的分析數(shù)值比較見(jiàn)表２。

表２原床身結(jié)構(gòu)與改進(jìn)方案７變形比較

項(xiàng)目綜合變形（ｎｍ）

工作臺(tái)面內(nèi)變形（仙ｍ）

原方案８９．８７４．４３改進(jìn)方案７２７．３２０．１２

變化百分比

一６９．６％

一７３．Ｏ％

?設(shè)計(jì)與研究?

３．２模型結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案模態(tài)分析

改進(jìn)模型的各階固有頻率件表３，由表中數(shù)據(jù)可知，床身的前３階固有頻率均有大幅度提高，其動(dòng)剛度大大增加，改進(jìn)增強(qiáng)了其最薄弱環(huán)節(jié)。且床身重量有所減輕，原床身重量１３．２６噸，改進(jìn)床身重量１３．１３噸。重量稍有減輕的同時(shí)，動(dòng)態(tài)性能均有很大幅度的提高。

表３

組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)

［參考文獻(xiàn)］

［１］徐燕申．機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，１９９２．［２］張學(xué)玲．基于廣義模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分

析與優(yōu)化設(shè)計(jì)［Ｄ］．天津：天津大學(xué)，２００４．

［３］徐燕申，張學(xué)玲．基于ＦＥＭ的機(jī)械結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化

設(shè)計(jì)［Ｊ］．西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，２００３，３８（５）：５１７—５２０．［４］張學(xué)玲，徐燕申，鐘偉弘．基于有限元分析的數(shù)控機(jī)床床身

結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究［Ｊ］．機(jī)械強(qiáng)度，２００５，２７（３）：

原床身結(jié)構(gòu)與改進(jìn)后床身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能比較

固有頻率（Ｈｚ）

重量（噸）

１階

２階

５７．８１３０．４

３５３—３５７．

［５］張學(xué)玲，常林楓，唐毅，等．基于結(jié)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法的數(shù)

３階

１０２．５２１６．７

１３．２６１３．１３

項(xiàng)目原方案改進(jìn)方案７變化百分比

４０．８５５．５

控機(jī)床滑座結(jié)構(gòu)改進(jìn)［Ｊ］．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，

２００６（１）：８８—９１．

［６］郭志全，徐燕申，張學(xué)玲，等．基于有限元的加工中心立柱

結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)［Ｊ］．機(jī)械強(qiáng)度，２００６（２）：２８７—２９１．［７］徐燕申，張興朝，牛占文，等．基于元結(jié)構(gòu)和框架優(yōu)選的數(shù)控

＋３６％＋１２５．６％＋１１１．５％一Ｏ．０８％

４

結(jié)論

復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)剛度與結(jié)構(gòu)的布局有關(guān)，故

機(jī)床床身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)研究［Ｊ］．機(jī)械強(qiáng)度，２００１（１）：ｌ一３．［８］張憲棟，徐燕申，林漢元．基于ＦＥＭ的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)部件

靜動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)［Ｊ］．機(jī)械設(shè)計(jì)，２００５（５）：４６—４８．

［９］張興朝．基于有限元分析的模塊化數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

研究［Ｄ］．天津：天津大學(xué)，，２００１．

［１０］楊明亞，楊濤，陰紅，等．有限元分析軟件在機(jī)床床身模態(tài)

分析中的應(yīng)用［Ｊ］．機(jī)電工程技術(shù)，２００７（１）：２５—２７．

（編輯李秀敏）

通過(guò)改變結(jié)構(gòu)型式，可同時(shí)改善結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)剛度，提高其結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)性能，從而提高機(jī)床加工精度。

經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，床身的靜剛度有顯著提高，能夠滿足加工精度要求，動(dòng)剛度也大幅提高，而且材料有所節(jié)省。該結(jié)構(gòu)已經(jīng)被生產(chǎn)廠家采用，投入制造。

（上接第２０頁(yè)）

毛坯輪廓

大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)報(bào)），２０００，３２（１）：３５—３９．

［２］汪書(shū)勇，劉榮忠．基于ＯｂｊｅｅｔＡＲＸ的車(chē)凱圖形自動(dòng)編程系

統(tǒng)的研究［Ｊ］．四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)報(bào)），２００２，３４（６）：

８６—８９．

［３］羅忠誠(chéng)，黃良沛．圖形化數(shù)控車(chē)床自動(dòng)編程系統(tǒng)的研究與

開(kāi)發(fā)［Ｊ］．機(jī)床與液壓，２００６（２）：７９—８１．

［４］孟凡東，楊者青．ＮＣ車(chē)削自動(dòng)編程系統(tǒng)中信息輸入建模方

法的研究［Ｊ］．沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，２００４，２１（３）：１２一

圖２車(chē)削加工零件粗加工刀具軌跡

５

１４．

結(jié)論

以數(shù)控車(chē)削加工刀具軌跡規(guī)劃與生成算法為研究

［５］劉志雄．基于特征描述的數(shù)控車(chē)床自動(dòng)編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Ｊ］．

機(jī)床與液壓，２００３（３）：１５６—１５７．

［６］黃家翔．基于組件的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)［Ｄ］．上海：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文。２０００．

［７］劉雄雁．?dāng)?shù)控車(chē)床圖形編程系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)［Ｄ］．北京：北

京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，２００４．

［８］王乾廷．雙刀車(chē)削數(shù)控編程技術(shù)研究［Ｄ］．合肥：合肥工業(yè)

大學(xué)博士學(xué)位論文，２００３．

［９］徐傳明，等．基于ＡｕｔｏＣＡＤ平臺(tái)及其開(kāi)發(fā)工具的數(shù)控自動(dòng)

編程系統(tǒng)［Ｊ］．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，２００１，３０（１）：３６—３８．［１０］張振宇，等．基于ＡｕｔｏＣＡＤ平臺(tái)的數(shù)控車(chē)床自動(dòng)編程系統(tǒng)

的實(shí)現(xiàn)［Ｊ］．甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，２００３，２９（２）：４３—４６．

（編輯李秀敏）

對(duì)象，通過(guò)綜合分析由ＤＸＦ文件導(dǎo)入的車(chē)削零件幾何圖元信息，利用車(chē)削零件結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)體的特殊性，將零件輪廓細(xì)分為內(nèi)輪廓和外輪廓，分別針對(duì)外輪廓粗加工、端面粗加工和切槽等加工形式提出并實(shí)現(xiàn)了車(chē)削加工刀具軌跡規(guī)劃和生成算法，可視化輸出刀具軌跡并按照相應(yīng)機(jī)床特性信息文件進(jìn)行后置處理，生成對(duì)應(yīng)車(chē)削零件的車(chē)削刀具軌跡，形成數(shù)控車(chē)床的加工程序。通過(guò)一個(gè)應(yīng)用實(shí)例說(shuō)明了算法的有效性。

［參考文獻(xiàn)］

［１］劉榮忠，敖洪．圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)［Ｊ］．四川

?２４．

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

基于有限元分析的模具加工中心床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

作者：作者單位：

鐘偉弘， 徐燕申， 林漢元， ZHONG Wei-hong， XU Yan-shen， LIN Han-yuan

鐘偉弘,ZHONG Wei-hong(天津理工大學(xué),機(jī)械工程學(xué)院,天津,300384)， 徐燕申,XU Yan-shen(天津大學(xué),先進(jìn)陶瓷與加工技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津,300072)， 林漢元,LIN Han-yuan(天津第一機(jī)床總廠,天津,300180)

組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)

MODULAR MACHINE TOOL & AUTOMATIC MANUFACTURING TECHNIQUE2009，(3)0次

刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次數(shù)：

參考文獻(xiàn)(10條)1.機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 1992

2.基于廣義模塊化設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[學(xué)位論文] 2004

3.徐燕申.張學(xué)玲 基于FEM的機(jī)械結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)[期刊論文]-西南交通大學(xué)學(xué)報(bào) 2003(5)4.張學(xué)玲.徐燕申.鐘偉泓 基于有限元分析的數(shù)控機(jī)床床身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[期刊論文]-機(jī)械強(qiáng)度2005(3)

5.張學(xué)玲.常林楓.唐毅.徐燕申.林漢元 基于結(jié)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法的數(shù)控機(jī)床滑座結(jié)構(gòu)改進(jìn)[期刊論文]-組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 2006(1)

6.郭志全.徐燕申.張學(xué)玲.林漢元 基于有限元的加工中心立柱結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)[期刊論文]-機(jī)械強(qiáng)度 2006(2)7.徐燕申.張興朝.牛占文.趙相松 基于元結(jié)構(gòu)和框架優(yōu)選的數(shù)控機(jī)床床身結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)研究[期刊論文]-機(jī)械強(qiáng)度2001(1)

8.張憲棟.徐燕申.林漢元 基于FEM的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)部件靜動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)[期刊論文]-機(jī)械設(shè)計(jì) 2005(5)9.基于有限元分析的模塊化數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)研究 2001

10.楊明亞.楊濤.陰紅.楊穎潔 有限元分析軟件在機(jī)床床身模態(tài)分析中的應(yīng)用[期刊論文]-機(jī)電工程技術(shù) 2007(1)

相似文獻(xiàn)(10條)

1.學(xué)位論文 楊永亮 基于有限元的車(chē)床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化 2006

普通車(chē)床的設(shè)計(jì)大多沿用了以往的設(shè)計(jì)思想，機(jī)床設(shè)計(jì)的理論依據(jù)不足。在整個(gè)機(jī)床的各個(gè)組成部分中，機(jī)床床身是一個(gè)很重要的大件。目前對(duì)普通車(chē)床床身的設(shè)計(jì)缺乏有效的理論依據(jù)，床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡合理。而C6140車(chē)床是普通車(chē)床中的主流型號(hào)之一，因此對(duì)該車(chē)床的床身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)有重要的實(shí)際價(jià)值。 本文依據(jù)圖紙?jiān)谌S建模軟件PRO/E中，利用零件造型模塊建立床身的三維模型。利用有限元分析軟件ANSYS將模型導(dǎo)入進(jìn)來(lái)，建立有限元模型。然后對(duì)床身進(jìn)行受力分析。床身的受力來(lái)源于床鞍、床頭、床腿。經(jīng)過(guò)對(duì)三者的受力分析，建立起床身的力學(xué)模型。利用有限元分析軟件ANSYS和PRO/E中的Mechanica分析模塊，分別對(duì)CD6140車(chē)床床身進(jìn)行了有限元結(jié)構(gòu)分析和模態(tài)分析。采用科學(xué)計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法。類(lèi)比同類(lèi)車(chē)床床身的結(jié)構(gòu)，并依據(jù)有限元分析的數(shù)據(jù)，對(duì)該床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)CD6140車(chē)床床身提出了三個(gè)原始減重方案。依據(jù)床身的鑄造工藝、車(chē)床的實(shí)際工作狀況、剛度和固有頻率等論證每個(gè)減重方案的可行性。依據(jù)三個(gè)原始減重方案修改床身結(jié)構(gòu)并分別對(duì)床身進(jìn)行有限元分析，采取第三個(gè)原始減重方案為初步方案。在此基礎(chǔ)上又提出更加合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求；對(duì)床身的肋板結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，并進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。經(jīng)過(guò)反復(fù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到床身肋板的合理結(jié)構(gòu)。綜合考慮車(chē)床的工況指標(biāo)以及制造成本、鑄造工藝等因素，在不降低車(chē)床性能的基礎(chǔ)上得到了床身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 通過(guò)對(duì)CD6140車(chē)床床身的有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減輕了車(chē)床床身的重量，節(jié)省了工程材料，床身的剛度和固有頻率等指標(biāo)也得到了不同程度的提高，為同類(lèi)型機(jī)床的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供了更多的理論依據(jù)。

2.期刊論文 汪宇.王東方.WANG Yu.WANG Dong-fang 基于AnsysWorkbench的立式加工中心床身有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) -制造業(yè)自動(dòng)化2009,31(9)

簡(jiǎn)要介紹運(yùn)用PROE和ANSYSWORKBENCH進(jìn)行床身的有限元分析的方法,對(duì)床身的位移場(chǎng)和模態(tài)進(jìn)行了分析,并且根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)床身進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì),在保持床身變形基本不變的情況下,顯著的減輕了床身的重量,床身的低階頻率也有了一定的改善.

3.會(huì)議論文 翟鵬.王麗霞.宋文平.鄭永剛 新型可重構(gòu)高抗振性機(jī)床床身的設(shè)計(jì)研究 2007

高抗振性是影響機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的重要因素。在床身結(jié)構(gòu)一定的情況下，借助有限元分析軟件，對(duì)采用不同材料(HT300、20＃、20＃鋼板+混凝土)的三種方案進(jìn)行了模態(tài)分析計(jì)算，以高抗振性為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)固有頻率對(duì)比，對(duì)機(jī)床床身進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，得到了一種兼具經(jīng)濟(jì)型與高抗振性的機(jī)床床身結(jié)構(gòu)。實(shí)踐證明：該優(yōu)化的床身，可滿足新型高速機(jī)床的需求。

4.學(xué)位論文 陳俊 基于AWE的滾齒機(jī)床身結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì) 2008

我國(guó)作為一個(gè)制造業(yè)的大國(guó)，齒輪加工技術(shù)水平一直比較落后，要加工高精度的齒輪具有很大的難度。滾齒機(jī)是使用最廣泛的齒輪加工機(jī)床，作為加工齒輪的一種重要手段，隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，對(duì)其加工精度的要求也越來(lái)越高。機(jī)床床身作為滾齒機(jī)的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)大件，它的特性直接關(guān)系到機(jī)床的加工精度和表面粗糙度。因此通過(guò)優(yōu)化機(jī)床床身的剛度以提高滾齒機(jī)加工精度是一種行之有效的方法。 本文首先介紹了齒輪加工機(jī)床及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的國(guó)內(nèi)外研究狀況，其次利用三維造型軟件Pro/E 2001對(duì)滾齒機(jī)機(jī)床床身實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化實(shí)體造型，然后在ANSYSWorkbench協(xié)同仿真平臺(tái)下對(duì)建立的滾齒機(jī)床身模型進(jìn)行了靜力學(xué)分析，得出了影響滾齒機(jī)床身變形的主要因素，最后在ANSYS Workbench環(huán)境(ANSYSWorkbench Environment-AWE)的DesignXplorer模塊下，以求得滾齒機(jī)床身的最小變形量為目標(biāo)，對(duì)床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)化，從而使?jié)L齒機(jī)床身剛度得到了優(yōu)化

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  本文關(guān)鍵詞：基于有限元的車(chē)床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：245004