樹脂礦物復合材料磨床床身有限元分析及結構優(yōu)化.pdf

1、在機床各部件中，床身具有支撐頭架、工件、尾架、工作臺等主要零部件的重要作用，其靜、動態(tài)特性參數(shù)與機床加工精度、使用壽命等密切相關。高剛度和高阻尼性能是精密機床床身的兩個基本要求，但具有高剛度的金屬材料往往阻尼性能比較差，反之，阻尼性能好的金屬材料往往不能獲得較高的剛度。研究開發(fā)具有優(yōu)良阻尼減振性能的床身新材料已成為提高床身綜合性能的有效途徑之一。
　　本文在前人研究工作基礎上對樹脂礦物復合材料整體澆注而成床身展開相關研究。首先對典

2、型工況下床身進行受力分析，將床身以上部件的重力和切削力以壓力和扭矩的形式施加到床身的主要受力面上。根據(jù)受力狀態(tài)計算結果，使用仿真軟件ANSYS Workbench分別對樹脂礦物復合材料與鑄鐵材料兩種材質(zhì)床身結構進行靜態(tài)仿真分析，獲得了兩種材料床身各個方向的變形、等效應力云圖，結果顯示樹脂礦物復合材料床身結構除Z向變形稍大外，其余各向變形均小于鑄鐵材料床身，且其大變形部位較少，整體床身變形起伏較小，表明樹脂礦物復合材料床身靜力學性能與鑄鐵

3、材料床身相當，能夠滿足使用要求。
　　分別對樹脂礦物復合材料和鑄鐵材料兩種材質(zhì)床身進行模態(tài)分析仿真計算，得到兩種材料床身前八階模態(tài)固有頻率與振型圖并進行了比較分析。分析結果表明，樹脂礦物復合材料床身固有頻率明顯高于鑄鐵材料床身。分別對兩種材料床身進行諧響應分析，得到其振幅頻率響應曲線。分析結果表明，樹脂礦物復合材料床身各向振動幅值均明顯小于鑄鐵材料床身。研究結果表明，樹脂礦物復合材料床身動態(tài)性能明顯優(yōu)于鑄鐵材料床身。
　　為

4、了進一步提高樹脂礦物復合材料床身的綜合性能，以床身壁厚和肋板厚度為設計變量，以最大靜態(tài)變形、前兩階模態(tài)固有頻率和質(zhì)量作為目標函數(shù)，對樹脂礦物復合材料床身進行優(yōu)化。通過參數(shù)分析計算出各目標函數(shù)分別對于兩個設計變量的靈敏度，得出床身壁厚和肋板厚度的最佳方案，獲得床身的結構改進方案。對改進設計的床身進行有限元分析，分析結果表明:優(yōu)化設計的床身靜、動態(tài)性能均優(yōu)于原床身，但其質(zhì)量相對于原床身有一定程度的增大，為了實現(xiàn)床身的輕量化，進而對優(yōu)化后床身