海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！原橫梁靜態(tài)模態(tài)分析對于橫梁等大型零部件，其內(nèi)部的筋板結構設計得是否合理，關系著橫梁系統(tǒng),甚至整個加工中心系統(tǒng)的加工性能。動梁龍門加工中心的橫梁作為運動與支承部件，其靜動態(tài)性能對加工中心加工精度影響重大，因此,針對橫梁內(nèi)部筋板結構進行設計與優(yōu)化。如圖3所示，為原橫梁結構圖，其中橫梁內(nèi)部筋板結構為“米”型，筋板厚度為30 mm〇因為滑座組件(包括滑座、主軸箱、滑枕等在橫梁上移動的行程范圍僅為圖中所示的L區(qū)域，因此在對橫梁進行優(yōu)化設計過程中僅對橫梁L區(qū)域段的筋板結構進行優(yōu)化設計。為提高有限元仿真分析的效率與準確性,分析時，僅將橫梁導入分析軟件，此夕卜,去除橫梁模型上不必要的孔和細小零件「-101,其中橫梁材料屬性設置為：密度7250kg/m3,彈性模量120GPa,泊松比0. 27,環(huán)境溫度22^;網(wǎng)格劃分時設置相關度為100%,網(wǎng)格大小0.05 m。如圖4所示，將滑座組件的重力對橫梁的作用效果等效為對應上下導軌面的正壓力廠2和尸3,將滑座組件重力對橫梁的扭轉作用等效為上導軌內(nèi)側面和下導軌外側面的力^和盡，將滾珠絲杠對橫梁的托舉力2&作用等效為對應面的固定約束，將橫梁后側液壓夾緊裝置的作用效果等效為對應面的固定約束。將橫梁三維模型導入ANSYS中，仿真分析橫梁在非工作狀態(tài)下的靜動態(tài)特性，如圖5所示為原橫梁有限元分析******變形云圖和******應力云圖，其中******變形量為36.109 |jLm,位置在橫梁中間部位，******應力為4.4558 MPa。雖然以上兩指標均可滿足出廠設計要求，但是******變形量仍然有提高的空間。此外，******應力遠小于材料HT300的許用應力，因此，在后續(xù)的優(yōu)化設計中可將******應力作為次要評估指標。對橫梁進行模態(tài)分析,分析結果如圖6所示，其中一階固有頻率為138.68 Hz,然而外在的激振頻率為〇~1〇〇 Hz,因此該橫梁不會發(fā)生共振現(xiàn)象，所以，在后續(xù)的優(yōu)化設計中可將一階固有頻率做為次要評估指標。其中原橫梁一階固有頻率振型為沿Z軸平動，說明橫梁在受到外載荷G骨板組件及切削力）作用下，當激振頻率與固有頻率相近時，發(fā)生共振，且易發(fā)生沿Z軸方向的傾斜翻轉,從而損壞橫梁及其它部件的結構，因此，實際生產(chǎn)過程中應該避免加工中心處于激振頻率較高的環(huán)境中或遠離振動頻率較高的機械設備。3橫梁結構優(yōu)化3. i橫梁筋板結構優(yōu)化設計橫梁筋板結構對橫梁的靜動態(tài)特性均有很大的影響，文中對橫梁的筋板結構進行了優(yōu)化設計，在筋板厚度不變的情況下,即筋板厚度為30 mm。將筋板結構設計成如圖7所示結構，即“十”型結構。3.2橫梁支撐筋板結構優(yōu)化設計由圖5的橫梁靜力學分析云圖可知，橫梁上導軌變形******，且******變形位置在橫梁上導軌中間部位，上導軌結構類似于懸臂梁結構，這種結構******的缺點是底部彎矩大，易發(fā)生較大的扭轉變形，而針對這樣的結構，簡單有效的方法是在懸臂梁的下端部增加加強筋板。結合橫梁自身結構特點,為降低其******形變量，將橫梁上導軌下側的支撐筋板傾斜設計，如圖8所示，優(yōu)化前橫梁上導軌下側支撐筋板水平設計沒0°),優(yōu)化后將其傾斜55。設計，即 0=55。。4優(yōu)化結果對優(yōu)化后的橫梁進行有限元仿真分析，并對優(yōu)化前后的各項性能進行比較，結合1、2節(jié)的分析，以******變形量、質(zhì)量作為主要評估指標，以一階固有頻率和******應力作為次要評估指標，對優(yōu)化后的橫梁進行評估比較。如圖9所示,為優(yōu)化后橫梁的有限元分析云圖。如表1所示為優(yōu)化后橫梁的前4階固有頻率及振型。優(yōu)化前后主要參數(shù)對比如表2所示。其中優(yōu)化后橫梁質(zhì)量減輕最明顯，減輕了499kg,******變形量減少了7.84%,雖然一階固有頻率有稍微的減少,但是其值任然遠大于激振頻率,******應力雖然增加了0.15 MPa,但是其值遠小于材料HT300的許用應力；此外,橫梁的X、F、2向的形變量均有不同程度的減少,其中;f向橫梁形變減少******,減少了16.99%。綜合以上分析說明優(yōu)化后橫梁上導軌面的扭轉變形明顯減少，剛性增加，橫梁的靜動態(tài)性能得到提高，優(yōu)化設計的方法與角度是合理可行的。 表2優(yōu)化前后主要參數(shù)對比 參數(shù) 優(yōu)化前 優(yōu)化后 變化量 筋板結構 “井，，字形 “十，，字形 — 筋板厚度/mm 30 30 一 支撐筋板傾斜角度/ (。） 90 55 -35 總位移/|jLm 36.11 33.28 -7.84% 質(zhì)量/kg 13 585 13 086 -499 —階固有頻率/Hz 138.68 137.56 -1.12 應力/MPa 4.46 4.61 +0.15 尤向形變/|xm 3.59 2.98 -16.99% F向形變/(Jim 26.81 24.74 -7.72% Z向形變 24.37 22.27 -8.62% 對橫梁進行建模和有限元分析，并對橫梁的內(nèi)部筋板結構和橫梁薄弱環(huán)節(jié)的結構進行設計與優(yōu)化，優(yōu)化后在橫梁******應力與一階固有頻率基本不變的情況下，橫梁質(zhì)量減少了499 kg,******變形量減少了7.84%,取得良好輕量化效果，為加工中心零部件的設計提供了方法參考。文中雖然對橫梁的筋板結構和橫梁上導軌支撐筋板的結構進行了優(yōu)化設計,使橫梁的性能得到有效提高，在以后的研究中，如果將橫梁的筋板厚度、橫梁箱體的壁厚以及橫梁的外形尺寸等作為優(yōu)化設計的目標，并結合正交試驗法和靈敏度法將進_步提高優(yōu)化設計的效率與參數(shù)選取的準確性。海天精工是一家集銷售、應用及服務于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產(chǎn)工廠設在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡，所有內(nèi)容不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任！
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