基于有限元的落地镗铣床立柱优化设计.pdf

机槭设计与制造
2012年3月
Machinery Design Manulacture
文章编号:1001-3997(2012)03-0023-02
基于有限元的落地鏜铣床立柱优化设计
石前列1武友德2吴向东
(1西南交通大学机械工程学院,成都610031)(2四川工程职业技术学院,德阳618000
Optimization design of the CN milling-boring machine cloumn
base on finite element analysis
SHI Qian-lie', WU You-de- 2, WU Xiang-dong
(School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
1g
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【摘要】为完成某市嘉龙机械制造有限公司委托开发数控落地铣床的项目,从根本上提高
TX6916落地铣床的动态性能和市场竞争力,采用有限元法对TX6916落地式镗銑床立柱进行模态分
析,得到了立柱的振动特性(固有频率和主振型)。在不改变立柱主体结构的基础上对立柱进行拓扑优
化设计,以立柱的体积为约東,立柱的第一阶自振频率为目标函数。在降低立柱筋板质量的条件下,提
高了立柱的第一阶固有频率。为立柱的进一步优化提供了基础。
关键词:有限元;模态分析;拓扑优化
I Abstract In order to complete the designing of milling boring machine project for one city Jialong
machine manufacture company and improve the dynamic characteristics and competitiveness of the X6916
CNC milling boring machine, Using the finite element method do the modal analysis of TX6916 CNC
Milling-boring Machine column. We get the vibration characleristics of the colum (natural frequency and
vibration mode )make the topology optimization of column ribs on the basis of no changing the main struc-i
aking the wolume of column Constraints, atura frequency the objective function not only 5
reducing weight, but also improue the first order natural frequeney of the column-propided a basis for further i
optimization ofcolumn
Key words: Finite element; Modal analysis; Topology optimization
といレャレトレいレロいレいンロッレるーレロいレいレいレいレいTいッTいレ言いレレロいレレレいいレレレ電レびいレひレ
中图分类号:TH12,TC536文献标识码:A
际经验米字型筋板和十字型筋板在静态特性方面差别不大,而米
落地式镗铣床是加工制造的基本设备。随着经济及技术的字型筋板抗扣能力要好于十字型筋板。但是由于十字型筋板较
发,现代制造企业对落地式镗铣床的生产效率及加工精度提出米字型筋板结构简单,就铸造工艺性而言,十字型筋板的铸造更
了更高的要求。因此,对落地式镗铣床的设计也提出了更高的要为简单,可以更好的避免因铸造而产生的结块或浇注不足的情
况,且用铸铁更少,制造成本更低。故TX6916型数控镗铣床立柱
求。落地鏜铣床是要由床身、立柱、滑枕、鏜轴,等部件组成。立柱内部筋板结构采用十字型筋板。立柱三维模型,如图1所示
作为镗侁床的重要部件,其动态性能直接影响机床的加工性能。
模态分析属于动力学的一部分,也是动力学分析的起点,为动力
学分析中的瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析提供了最基本
的分析数据。通过模态分析确定设计结构或机床主要部件的振动
特性(固有频率和主振型),为承受动载荷机构的设计提供重要参
数。以某公司正在生产的TX6916大型数控铣床为研究对象,利
用有限元和拓扑优化方法,对立柱进行动态性能分析和优化,为
机床的进一步优化设计提供基础。
2立柱的有限元模态分析
2.1立柱有限元模型的建立
图1立柱三维模型图
?2立柱有限元模型
TX6916型数控镗铣床立柱端面尺寸(1400x1500m,立柱
由于立柱结构比较复杂,先通过PROE建立三维模型后再
高4600mm,材料1T2000总重9600kg。鏜铣床立柱内部筋板结导人 ANSYS,选择单元类型为 Solid45。Soid45用于三维实体结
构形式有两种,一种是十字型筋板,另一种是米字型筋板,根据实构模型,每个单元有8个节点,每个节点3个自由度。该单元具有
为来稿日期:2011-05-24*基金项目:中国重大技术装备制造业基地基金项目(2006ZC053)