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学兔兔
、l 匐 化
基于有限元分析的数控铣床床身的优化设计
Optimum designofCNC m illingm achine lathe bed basedon
finiteelem entanalysis
陈 涛,李连波,潘中强
CHENTa0.LILian.bo。PANZhong.qiang
(南京理工大学泰州科技学院,泰州225300)
摘 要 :本文以某数控铣床的床身为研究对象,首先对床身进行三维建模 ,然后利用ANSYS软件对床
身模型进行有限元分析 ,得出床身的前四阶固有频率及其振型,分析并找出初始设计床身的
薄弱环节。重点对床身的高度、床身内部筋板的布置以及床身内部的出砂孔等方面进行分析
和优化设计,最终达到提高床身固有频率,改善床身动态特性的目的。
关键词:床身;模态分析;优化设计
中图分类号:TG562;TH122 文献标识码:A 文章编号 :1009—0134(2013)1O(上)一0022—03
Doi:10.3969/J.issn.1009-0134.2013.10(Jz).07
0 引言 常的小,所以可以将机床视为一个n自由度的无阻
尼振动系统…,其表达式为:
传统的铣床设计大多采用简化的工程分析,
其判断安全和失效的准则多为静力学分析的结
[M】}+[K】}={F}
果。采用的安全系数过大,使得设计计算过于保
守,造成了成本过高,浪费资金的结果。特别是 式中:[M】为此振动系统的质量;[K】为此振
一 些机床的大件,如床身和立柱 。因此,本文针 动系统的刚度矩阵;{F}为此振动系统的外激励矩
对某数控铣床床身的结构特点以及在切削加工过 阵;{x}为此振动系统各点的位移矩阵;{ 为此
程中的作用,采用Pro/E软件对床身的初始设计进 振动系统加速度矩阵。其特征方程为:
行三维建模 ,利用ANSYS软件对床身等部件进行 IIx]一∞[ I=O
了合理的分析和优化。 解得第i阶固有频率为. = (1/2丌)、k./m ,各阶
固有频率t与√k./m成正比,所以£越大,机床单
1 结构的动力学模型建立
位质量的刚度越高,机床的动态性能也就越好,
床身的基本结构为板结构,主要为外板和内部 且低阶的固有频率及其振型要 比高阶的对系统振
筋板。初始设计床身的主要外型尺寸为:床身长度 动的影响要大 。可作为结构动态设计的优化 目
为:2400mm;床身左侧宽度为:1200mm;床身右 标。
侧宽度 :1850mm;床身高度:600mm;床身壁厚:
3 床身动态分析
30ram;床身内部筋板厚度:25mm,如图1所示。
将建立好的床身三维模型导入ANSYS中,对
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