XH715立式加工中心整机优化设计方案比较

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① 将 床 身 与 立 柱 结 合 面 结 构 尺 寸 放 大 , 时 可 以 同
适 当增加 结合 体侧 面板厚 度 ;
② 立柱侧 面 筋板 尺寸 加 大 , 提高 其 扭转 刚度 ; 以
③ 主 轴 箱 体 质 量 适 当 降低 , 减 少 相 应 的弯 、 以 扭
距 ;
④ 考 虑 刚 性 的 合 理 分 布 原 则 , 对 主 轴 箱 刚 度 太 针 高 而 立 柱 相 对 较 低 , 当 合 理 分 布 刚 度 以 提 高 整 机 模 适 态性 能 。
优选法 拓 扑 优 化 文献 标 识 码 : A 文章 编 号 :0 0— 9 82 0 )0— 0 7— 3 1 0 4 9 (0 6 1 0 2 0
较 优 选设 计 与 拓 扑 优 化 , 明拓 扑 优 化 结 果 更 具 有 理 论 指 导 意 义 , 表 为后 续 的详 细设 计 提 供 参 考 。 关键 词 : 态 分 析 动
20 0 6/1 0

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采 用 改进 方 案 后 的 模 态 频 率 见 表 2 。
表2 改进后模态频率 / z H
布 , 密度分 布 图得 到新 的模 型 , 进 行整 机 性能 的分 由 再 析 和结果 验证 。
查堕 鳖


( ) 进 方 案 2 改

整机建模及有限元分析
XH7 5 r 加 工 中 心 是 中 型 三 轴 联 动 数 控 机 床 , 17式
主 轴 设 计 最 高 转 速 为 50 0r mi 具 有 加 工 精 度 高 、 0 / n, 效
① 方 案 一 : 高 立 柱 结 构 中 支 架 高 度 ( 6 0 mm 提 由 8
人 一 机 交 互 的 方 式 , 结 构 系 统 进 行 动 力 学 建 模 和 动 对
整 机 振 型 影 响 不 是 很 明 显 , 柱 及 主 轴 箱 的影 响 较 大 , 立 尤 其 是 立柱 结构 设 计 不 是 很 合 理 , 立 柱 与床 身 结合 在
面处 刚性较 差 , 构有 待改 进 。 结
() 床动 力 学 分析 2机
导 入 有 限 元 分 析 软 件 建 立 有 限 元 模 型 , 图 2。 身 底 见 床
部 地脚 螺栓 处加 约束 , 行 模态 分 析 , 约束模 态频 率 进 其
如表 1 示 。 所
由 单 件 模 态 及 整 机 振 型 可 见 : 主 轴 箱 体 模 态 相 ①
维普资讯
X 7 5 式加工中心整机优化设计方案 比较 ★ H1
口 李口 张建润

孙庆鸿




姚树健
要 : 用 C D/ A 系统建立 x 7 5 应 A CE H 1 立式加 工 中心 的整机模 型 , 并进行动 态性能分析 。 对机 床 薄弱 环节进行 比
m m
主 轴 箱 、 柱 及 工 作 台 等 几 大 部 件 组 成 , 床 床 身 由8 立 机
个 地 脚 螺 栓 固定 于 地 面 , 柱 与 床 身 通 过 螺 栓 连 接 , 立 如
图1 示 。 所
) ;
③ 方案 三 : 大 床 身和 立柱 结 合 面尺 寸 。 加 将 整机 模 型经 过适 当 简化 ,
对 较 高 , 其他 部 件 相 对 较低 ; 床 身 、 作 台 结构 对 而 ② 工
表1 机床 单件及整机模态频率 / z H

k国家 自然 科学基金 资助项 目( 编号 :0 7 0 6 5352 ) 江苏省科技基础设施建设项 目( 编号 : M2 0 0 3 B 050 )
机械制造 4 4卷 第 56 0 期
态 特 性 分析 , 据 设 计 者 的要 求 进 行 结 构 的 动力 学修 根
改 , 后 在 计 算 机 上 进 行 再 分 析 , 多 次 反 复 , 到 所 然 经 直

优选设计
() 进 思路 1改
设 计 的 结 构 动 态 性 能 满 足 要 求 , 优 化 效 果 的 好 坏 往 其 往 取 决 于 设 计 者 的 经 验 。 国 外 已 经 采 用 了 拓 扑 优 化 而 等 较 为 先 进 的 优 化 方 法 ”。 。 1 本 文 分 别 采 用 优 选 和 拓 扑 优 化 的 方 式 对 XH7 5 1 立式 加 工 中心 的动 态性 能进 行 整 机 优 化 , 到 较为 合 得 理 的优 化结 果 , 后 续 的详 细设 计提 供 原型 。 为
中 图分 类 号 :H12 T 2
随 着 机 床 向 高 精 度 、 表 面 质 量 和 高 效 率 方 向发 高 展 , 提 高 机 床 的 加 工 性 能 , 要 研 究 机 床 的 静 刚 度 和 要 需 动 态 特 性 。 杂 机 械 结 构 系 统 的 动 态 设 计 , 内 常 采 用 复 国
提 高 到 10 0mm ) 0 ;
率 高等优 点 , 也存 在很 多 需要 改进 的地方 。 但
( ) 立机 床 整 机 的 C 1建 AD 模 型 该 机 床 由 床 身 、
② 方 案 二 : 少 箱 体 整 体 及 筋 板 厚 度 以 降 低 主 轴 减 箱 重 量及 刚度 ( 箱 体 内 部 筋 板厚 度 由3 将 0 mm 减 为 2 0
壅 二
壅 三

塞 三
( ) 立 整 机 优 化 原 型 应 用 P o 1建 r /E软 件 , 不 改 在
变 原 设 计 模 型 外 形 尺 寸 的 情 况 下 进 行 简 化 , 到 简 化 得
阶 4 .7 4 . 3 ( . %) 4 . 4 ( . %) 5 . 1 ( 0 ) 0 5 1 15 2 T 4 2 2 44 T 6 4 663 T % 4 g 10 0 18 6 T . %) 7 . 5 ( . %) 6 2 9 12 5 ) t 7 .3 7 ・ 6 ( 2 1 483 T 4 5 9 5 ( . %