基于ANSYS的数控加工中心立柱性能分析及结构优化


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科技的进步推动着制造业的高速发展,加工中心正朝着高效率、高可靠性、高柔性化和模块化的方向转变[1]。传统意义下的经验类比等设计方法已经无法满足目前加工中心的发展,通过模态分析、谐响应分析等方法识别出加工中心结构的薄弱环节,进而对加工中心进行响应面分析及目标驱动优化,能使加工中心的结构设计更加合2

作为加工中心的核心结构,立柱同时连接着床身和主
轴箱,其强度和刚度是零件加工精度的保证,直接关系到整机的工作性能。因此,对立柱力学特性的研宄具有重要现实意义[3]

立柱通常采用薄壁多筋结构,内部形态复杂,加工受力后的应力和应变状况也较复杂。通过传统的设计方法来设计的立柱,结构中往往存在诸多不合理的地方,而优化设计方法的出现,可以设讣出满足性能要求的结构方案。目前,对于加工中心的优化多集中在结构设计方面,包括筋板样式的设计和布局,关键零部件截面形状的改变等等。虽然可以一定程度上提升加工中心的性能,但是缺少对结构尺寸的整体把握和评判,优化工作量大,针对性不足。


本文以XK714数控加工中心立柱结构为研究对象,以Ansys Workbench分析软件对AL柱进•(了了力学分析,找到了其薄弱环节,然后采用响应曲面优化法,通过灵敏度分析评判尺寸因素的影响权重,进而选择关键尺寸优化改进,减少参数优化量,提升了优化效率。在减重的情况下使立柱获得较好的力学性能,为加工中心的结构优化提供借鉴。

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结束语:

应用ANSYS有限元软件对数控加工中心立柱结构进行有限元建模,通过静力学分析,发现加工中心Z向和Z向形变较大,安全系数太高,设计过于保守,经谐响应分析,发现加工中心的一二阶|Vi_llT频率偏低站hlui.al sen-silivilv分析,荻得影响加工中心性能的关键尺十,并将其定义为设计变量,将质量,前两阶固有频率和最大形变作为优化目标,对立柱进行尺寸优化,对优化产生的3组候选设计点综合分析,选取Candidate point 2作为最优结果。此次优化,立柱前两阶固有频率分别提升15.487%和13. 643%,最大形变降低2. 32%,质量减少10.31%。结果表明,优化效果良好,该方法能够为加工中心设计提供参考。


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