外文翻譯--對于數(shù)控車床尾座主體的特性分析及其優(yōu)化設計 中文版_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯</p><p>  原 文 題 目:Characteristic Analysis and Optimization </p><p>  for The Tailstock Body of The NC Lathe </p><p>  原 文 來 源:Advan

2、ced Materials Research Vol. 1037 </p><p>  (2014)pp 41-44 © (2014)Trans Tech Publications, </p><p>  Switzerland </p><p>  學 生 姓 名: &

3、lt;/p><p>  所在院(系)部: 工業(yè)中心 </p><p>  專 業(yè) 名 稱: 機械設計制造及其自動化 </p><p>  對于數(shù)控車床尾座主體的特性分析及其優(yōu)化設計</p><p>  作者: 魯墨武,李明杰</p><p><b>

4、  江蘇,湖北,中國</b></p><p>  關鍵詞:尾座主體;靜態(tài)分析;模態(tài)分析;拓撲優(yōu)化;工作臺;</p><p>  摘要:數(shù)控車床尾座主體的性能特點是對數(shù)控車床的加工精度有非常大的影響的。 SolidWorks的這款應用軟件就是用于建立數(shù)控車床尾座主體的實體模型的的軟件,然后將這個軟件所建立的數(shù)控車床的尾座主體的實體模型導入到工作臺的軟件中進行有限元分析并且總結關于

5、數(shù)控車床尾座主體的實體模型的動態(tài)特性和靜態(tài)特性。并且根據(jù)對拓撲優(yōu)化分析的結果分析得出,使其優(yōu)化后的數(shù)控車床的尾座主體可以保證這個尾座主體不僅能滿足數(shù)控車床的性能特點和要求,并且能保證優(yōu)化后還可以降低此數(shù)控車床尾座主體的5%的重量。在為數(shù)控車床的尾座主體節(jié)省材料的同時也可以減少數(shù)控車床的尾座主體的運動慣性等特點,并且這個優(yōu)化還可以提高數(shù)控車床的尾座主體的加工精度。</p><p><b>  前言<

6、/b></p><p>  數(shù)控車床的尾座主體是數(shù)控車床中部件的重要的組成部分,數(shù)控車床的尾座主體在數(shù)控車床加工中起到了定位和夾緊工件的作用。數(shù)控車床的尾座主體的靜態(tài)特性和動態(tài)特性在對于數(shù)控車床的加工精度和數(shù)控車床的穩(wěn)定性有著直接的影響。當在重型數(shù)控車床上加工的部位不同時,數(shù)控車床的尾座需要往復的運動來完成夾緊工件和定位工件的任務。由此可以看出,這些要求需要數(shù)控車床的尾座主體的重量比較輕,要使其盡可能的增加

7、該數(shù)控車床的尾座主體的靈活性能。在本篇文章中,是以一種型號為HTC100的數(shù)控車床尾座箱作為例子的,要通過建立一個準確的數(shù)控車床尾座主體的物理模型,并切利用ANSYS Workbench中的軟件來完成有它的有限元分析,然后將其拓撲優(yōu)化,并使其取得較好的結構性能特點。為數(shù)控車床的尾座主體的合理設計提供了一個可行的參考。</p><p><b>  有限元模型</b></p>&l

8、t;p>  圖1(a)是一臺型號為HTC100的數(shù)控車床尾座主體的主體結構,此型號的數(shù)控車床尾座裝配在如圖所示的上和下側機殼與圖1的(b),(c)通過滑軌而形成的。此數(shù)控車床的尾座的底部用螺旋固定在數(shù)控車床上。</p><p>  圖1:(a)數(shù)控車床的尾座盒模型 (b)上盒模型 (c)降低盒模型</p><p>  型號為HTC100的臥式數(shù)控車床的尾座是

9、由材料為HT300的灰鑄鐵鑄造而成的。</p><p>  材料為HT300灰鑄鐵的模量是1.43E11帕,它的泊松比為0.27和其密度是7340公斤/立方米。</p><p>  圖中所示的網(wǎng)格圖像是有限元分析的一個重要組成部分。本文是在符合了屬于四面體方法網(wǎng)數(shù)控車床尾座盒模型的方法下選擇的補丁。至于為什么會選擇該方法的原因是因為它是非常的快速和便捷的,這種分析幾乎可以適用于任何復雜的幾

10、何形狀;并且在于重點區(qū)域的近似尺寸可以將其細化。如在圖2中所顯示出來的網(wǎng)狀后所得到的有限元模型視圖,圖中節(jié)點模型的數(shù)量是55973和單元的總數(shù)為32024。</p><p>  圖2:數(shù)控車床的尾座盒的有限元模型。 圖3:數(shù)控車床的尾座框的邊界條件</p><p>  數(shù)控車床的尾座盒必須要通過分析靜態(tài)力學性能和尾座箱的動態(tài)力學性能,其中包括力、扭矩和支撐面之間應用在ANSY

11、S的數(shù)控車床的尾座盒子的邊界條件。數(shù)控車床的尾座主體在內(nèi)部的應力也是主要來自于零部件的自身重力。除了受到了數(shù)控車床的尾座盒內(nèi)部零件重量的影響外,數(shù)控車床的尾座盒同時也受到了在加工過程中的切割力和力矩的影響。</p><p>  取軸加工為例,根據(jù)經(jīng)驗加工的數(shù)據(jù)表明,數(shù)控車床的尾座的夾緊力是5.28KN,車床的最大切割力為60KN。車床的主切削力為53.4KN,車床的回力為18.6KN和車床的供給力為20.4KN。

12、應力分析完后,力和力矩的數(shù)據(jù)如下面所示:FX=560N,F(xiàn)Y=1572350N, fZ=15120N,M =8811N.m。數(shù)控車床的尾座主體需要固定在數(shù)控車床上,應用這些力和力矩到數(shù)控機床的尾座盒的每個表面,所以可以看出數(shù)控車床的尾座箱體的主體底部被固定約束了。邊界條件在工作臺施加如圖3上所示的。</p><p><b>  有限元分析</b></p><p>  

13、靜態(tài)分析的結果對于數(shù)控車床的尾座主體是一個特別重要的且具有價值的參考值,以便于用來優(yōu)化數(shù)控車床的尾座框體的結構性能。如圖4上所示的,數(shù)控車床的尾座框體的最大位移靜態(tài)圖像的分析結果應是1.23E-004米,數(shù)控車的床尾座的最大應力應為4.44E+007Pa。結果顯示所表明,數(shù)控車床的尾座盒子的最大位移是很微小的,所以這個數(shù)控機床的尾座能夠滿足此型號的車床所要求的精度要求。HTC100數(shù)控車床中HT300所能承受的極限應力應該為300兆帕。

14、數(shù)控車床的尾座箱的最大應力遠遠小于材料的極限應力,數(shù)控車床的尾座的箱體剛性符合車床所要求的剛性,因此,數(shù)控車床的尾座還可以進行進一步的優(yōu)化設計。</p><p>  在有限元分析的過程中,數(shù)控機床所產(chǎn)生的由噪聲和振動的相互作用所形成的周期性變激發(fā)力。這種情況非常容易引起共振時的激振力的頻率與結構的固有頻率相同或成整數(shù)。這很有可能將減少數(shù)控機床的加工精度和穩(wěn)定性能。因此很有必要開展數(shù)控車床的尾座框的模態(tài)分析。<

15、;/p><p>  圖4數(shù)控車床的尾座主體的位移和應力云圖</p><p>  此后在ANSYS箱的模態(tài)分析結果中表明,模態(tài)分析中的前六階的模態(tài)如表一中所示的結論:HTC100的數(shù)控車床主軸的最大速度為200轉(zhuǎn),頻率為3.33Hz。因此由模態(tài)分析的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示可以看出,數(shù)控車床的尾座的激發(fā)頻率遠遠的要小于從表1本身的第一階到第六階的頻率。</p><p><b&g

16、t;  拓撲優(yōu)化</b></p><p>  拓撲優(yōu)化是指找到用于使目標的體積(整體剛度,固有頻率等)給定的約束條件下是穩(wěn)定的結構材料的最佳解決的方案。在工作臺的使用“形狀優(yōu)化”功能來完成數(shù)控車床的尾座箱的拓撲優(yōu)化。數(shù)控車床的尾座所要優(yōu)化的目標被初始所設定為5%,那么要解決這個問題,數(shù)控車床的尾座所優(yōu)化的結果顯示在圖5中。</p><p>  圖5中的拓撲優(yōu)化云圖

17、 圖6中的幾何結構經(jīng)過優(yōu)化</p><p>  由于圖中所顯示的帶紅色可切除的區(qū)域是不規(guī)則的平面,在技術上和應力分布中屬于復雜性問題,必須要在實際的處理過程中予以非常充分的考慮。因此不可能把圖中的所有的紅色區(qū)域去除干凈。所以要在SolidWorks軟件中切斷紅色區(qū)域規(guī)則的幾何形狀,然后使其重量降低為1250.4千克,所以數(shù)控車床的尾座所優(yōu)化后的幾何結構如圖6所示。</p>

18、<p>  要使其對于優(yōu)化方案位移,數(shù)控車床尾座的應力云圖的有限元分析,如圖7所示的框的最大位移是1.19E-004米和使其優(yōu)化后的最大應力是4.57E+007Pa。在進行的數(shù)控車床的尾座的上盒體模態(tài)分析的優(yōu)化,并能夠得到低次模式的結構后如表2所示的數(shù)據(jù)。</p><p>  圖7位移和優(yōu)化后的應力云圖</p><p>  就對于優(yōu)化框結構的靜態(tài)力學和動態(tài)力學的分析結果而言,

19、可以看出數(shù)控車床的尾座主體仍滿足對于數(shù)控車床尾座優(yōu)化后的剛性要求和數(shù)控車床的加工精度要求。除此以外,數(shù)控車床尾座的重量的降低,使數(shù)控車床的尾座的外殼的運動慣性和控制性能的得到了很大的提高。</p><p><b>  結論</b></p><p>  在做數(shù)控車床尾座箱的拓撲優(yōu)化時,最大位移、最大應力和低頻尾座箱經(jīng)過了優(yōu)化設計后數(shù)據(jù)基本上保持不變化。數(shù)控車床尾座符合設

20、計的要求并且重量是減少了5%。它同時也使尾座運動更加靈活并且降低了尾座的運動慣性。</p><p>  采用了有限元軟件分析的產(chǎn)品可以節(jié)省它的制造的原型和測試的成本。并且還可以獲得在軟件設計產(chǎn)品時的主要性能特點,它還可以提供優(yōu)化的結構和大小。</p><p><b>  參考文獻:</b></p><p>  [1]他翀宇,尹志宏.分析與尾座盒

21、[J]優(yōu)化.科學技術與工程,2012,25:6433-6436</p><p>  [2]葉志明.基于整機[D].科技.大連大學,2013的剛度機床床身結構優(yōu)化設計</p><p>  [3]敖冬強,陳超群,馬金鳳,楊飛.靜態(tài)及動態(tài)特性分析與優(yōu)化立式加工中心床[J].機械設計與制造,2013,12:221-223-227</p><p>  [4]楊愛韶,劉杰.改進

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