基于ANSYS的數(shù)控龍門銑床的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、有限元方法是一種高效能、常用的現(xiàn)代工程分析與設(shè)計的輔助工具。有限元分析方法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等CAE技術(shù)的應(yīng)用,對縮短機床的開發(fā)設(shè)計周期、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本、增強企業(yè)核心競爭力具有重要的意義。
　　 本文以某型數(shù)控龍門銑床為研究對象,利用ANSYS有限元工程分析軟件作為分析工具,對數(shù)控龍門銑床的橫梁、立柱、床身三大主要部件進行了靜、動態(tài)分析,并在保證它們各自的剛度和強度不變的前提下,建立以重量最小為目標的優(yōu)化設(shè)計方法,對它們進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,

2、并對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進行靜、動態(tài)性能驗證。
　　 首先,根據(jù)數(shù)控龍門銑床的結(jié)構(gòu)特點和圣維南原理[1]做出適當簡化,利用ANSYS的APDL語言建立數(shù)控龍門銑床各主要部件的實體模型,然后裝配并建立數(shù)控龍門銑床的整機三維有限元模型,并對該模型進行加載和約束,最后對其進行靜力學分析,直觀展示其結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場和位移場,分析數(shù)控龍門銑床結(jié)構(gòu)的強度和剛度。
　　 其次,在對整機完成靜力學分析后,著重對數(shù)控龍門銑床的橫梁、立柱、床身三大主要

3、部件進行靜力學分析。在數(shù)控龍門銑床處于極限工況的情況下對橫梁、立柱、床身三大主要部件進行單獨的靜力學分析,靜力學分析結(jié)果表明,橫梁、立柱、床身都能滿足強度要求,但是其結(jié)構(gòu)材料分布不夠合理。通過分析比較結(jié)果,為它們后續(xù)的優(yōu)化打下了基礎(chǔ)。
　　 再次,根據(jù)數(shù)控龍門銑床處于極限工況的情況下,其加工精度主要由其本身結(jié)構(gòu)的靜態(tài)性能所決定的。在對橫梁、立柱、床身進行輕量化設(shè)計時,選取橫梁、立柱、床身的靜態(tài)性能指標作為它們結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進的主要指

4、標。在保證它們原有性能不變的前提下,建立以重量最小為目標的優(yōu)化設(shè)計方法,降低它們的重量,從而降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本,提高了企業(yè)的核心競爭力。
　　 最后,在完成橫梁、立柱、床身三個主要部件的靜力學優(yōu)化后,再結(jié)合有限元軟件ANSYS的模態(tài)分析方法對數(shù)控龍門銑床的橫梁、立柱、床身優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析,通過蘭索斯法(BlockLanczos)提取它們的前5階固有頻率和振型,通過分析它們的固有頻率與主軸工作頻率的耦合情況,來驗證靜態(tài)