平面磨床有限元分析與優(yōu)化.pdf

1、本文在總結(jié)機(jī)床結(jié)構(gòu)分析發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對某型平面磨床加工精度不高的問題，利用ANSYS有限元軟件對其部件及整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜、動(dòng)態(tài)分析，提出改進(jìn)方案，進(jìn)行優(yōu)化分析，并對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證。 首先，根據(jù)磨床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用體單元建立磨床主要部件的有限元模型，給出簡化后的載荷和約束，對其進(jìn)行靜態(tài)分析。磨床原始結(jié)構(gòu)筋板設(shè)置過密，不便于生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)重量較大；此外，立柱與拖板配合后的分析結(jié)果說明，拖板有較大的俯仰位移，影響加工精度。

2、為此，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)：改變筋板厚度及布置形式，并將立柱和拖板之間的配合面由平面改為斜面。然后對改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明配合面改為斜面后可以有效地減小拖板的俯仰位移，此方法為磨床的結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了新的思路。 其次，對部件原始及改進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的一階固有頻率變化不大，且具有相似的振型規(guī)律。結(jié)合靜態(tài)分析結(jié)果，各個(gè)部件的改進(jìn)結(jié)構(gòu)在減輕重量的同時(shí)變形也有不同程度的減小，說明了改進(jìn)方案的可行性。 在改進(jìn)方案的基礎(chǔ)

3、上，采用子問題近似法，在ANSYS軟件中對床身進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后，前、后床身的質(zhì)量分別下降了14.53％(448.5kg)和15.18％(131.82kg)，結(jié)構(gòu)固有頻率和變形的變化都比較小。 利用上述改進(jìn)方案，建立磨床整機(jī)改進(jìn)后的有限元模型，對其進(jìn)行靜態(tài)和模態(tài)分析。與原始結(jié)構(gòu)相比，改進(jìn)后，因筋板調(diào)整和配合面的改進(jìn)，磨床減重553.6kg，減少了7.2％，一階固有頻率提高2.3％，模態(tài)振型與原始結(jié)構(gòu)相似，磨頭橫向移動(dòng)過程中拖板外端

4、的俯仰位移減小82.8％，可以較好地提高磨床加工精度，基本達(dá)到了結(jié)構(gòu)改進(jìn)的目的。證明本文所提出的改進(jìn)方案是成功的?？紤]熱變形對磨床結(jié)構(gòu)的影響，對床身進(jìn)行了溫度場和熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，結(jié)果說明溫升對結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力都有較大影響；并模擬了床身鑄造凝固過程中的溫度場變化規(guī)律，結(jié)果表明，前床身平軌右上端地腳螺栓處和后床身前、后床身結(jié)合面上端的冷卻速度最慢，可以在此設(shè)置澆鑄冒口或補(bǔ)縮位置，為改進(jìn)鑄造工藝方案提供了依據(jù)。 最后，對磨床原始結(jié)構(gòu)進(jìn)