基于ANSYS Workbench的龙门式加工中心横梁的轻量化设计


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龙门式加工中心是制造业很重要的加工设备之一因为其具备了跨距大、结构合理、通过工件宽度大、刚性好等优点,所以被广泛应用在航空、航天、模具、汽车工业、大型复杂零件制造等诸多领域上,以此来实现高速度、高精度、高柔度等加工要求w而且横梁横跨在两个立柱之上,类似简支梁的布置形式,所以在自身重力、承载滑枕、十字滑块和电主轴的重量以及切削反力的作用下,使得横梁产生弯扭变形,为了使加工中心的加工精度更加准确,加工中心的动静态性能肯定要有提高。但是一般设计者只是根据经验设计加工中心各个部件的参数,为了满足强度等要求,使得加工中心的尺寸和重量都比实际的大1因此,通过ANSYS Workbench软件中的分析技术和尺寸优化相结合的方法对横梁结构进行优化分析,在提高横梁整体力学性能的基础上,实现横梁的轻量化设计。

1横梁几何模型的建立

本龙门式加工中心的横梁为定梁式横梁,整体尺寸为530 mmxl882 mmx500 mm,与两侧立柱相连接部位的壁厚为30 mm,接触面为500 mmx500 mm,横梁背面壁厚为20 mm,安装导轨面部分的壁厚为50 mm,其余壁厚皆为30 mm横梁内部布置0型筋板,筋板厚度为20 mm,局度为400 mm,筋板上矩形槽孔的尺寸为160 mmx40 mm2横梁的静态分析和模态分析

2.1横梁的静态分析

ANSYS Workbench所提供的CAD双向参数链接互动、项目数据自动更新机制、全面的参数管理、无缝集成的优化设计工具等,使ANSYS在仿真驱动产品设计方面达到了前所未有的高度[M其一般静力学分析步骤包括导入几何模型、材料属性选择、划分网格、施加载荷和约束、求解I2.1.1网格划分

 

由于SolidWorksANSYS Workbench的无缝连接,所以将横梁三维模型结构导入到ANSYS Workbench中,避免了模型特征的丢失一般设置横梁的材料为灰铸铁HT300,其密度为7200 kg/m3,弹性模量为126 GPa,泊松比为0.27[\横梁采用自动网格划分,但是其精度要为高精度'图1为网格划分后横梁的有限元模型。

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结束语:

对龙门式加工中心横梁结构进行分析研究,可得到以下结论:])对龙门式加工中心横梁结构进行静动态特性分析,得出横梁的静刚度和前6阶固有频率均满足设计要求。3 用 ANSYS WorkbenchDesign Exploration模块得到横梁内部筋板厚度对横梁质量影响的灵敏度分析,通过灵敏度得出最终优化变量的选取。3)基于筛选算法对横梁结构进行多目标优化设计,优化后横梁的质量减少129.9 kg,占比8.3%,总变形减小16.02%, 1阶固有频率提高2.94%,达到了优化的目的。

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