基于hyperworks机床立柱结构优化设计.pdf

学兔兔 l lI5 化 基于hyperworks机床立柱结构的优化设计 The machine toolcolumn structure optim ization designbasedonthe hyperworks 安永乐，李东波，徐良凯 ANYong-le，LlDong-bo，XULiang．kai (南京理工大学 机械工程学院，南京210094) 摘 要：机床立柱是机床重要的结构件之一，对机床各方面工作性能与指标起着决定性作用。本文针对 某一型号攻钻机床的立柱通过hyperworks对其结构优化，应用catia软件将优化结果重新建 模 ，并且采用abaqus软件对重新建模的结构进行分析验证。与优化前的结构相比，立柱的静 刚度和动刚度提高的同时降低了其质量，为机床后续改进奠定基础。 关键词 ：立柱；hyperworks；结构优化；ABAQUS 中图分类号 ：TH16 文献标识码 ：B 文章编号 ：1009-0134(2013)09(下)-0009-03 Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2013．09(下)．04 0 引言 机床是现代基础制造业中不可或缺的机加工 设备，立柱作为机床重要部件之一，其结构的合 理性将影响实际的加工质量 。通常立柱上设有 主轴箱和刀库系统，导致立柱承受一定的弯 曲力 矩 ，因此通过对立柱进行静 、动态分析 ，改善其 结构，对提高机床 的加工精度具有重要意义n】。 庶廛 目前国内对机床立柱优化分析的结果主要集中在 图1立柱整体结构图 图2 立柱剖面图 增加壁厚、筋板厚度 以及改变筋板布局来提高其 静和动态性能，导致立柱质量增加 】。本文通过 料 密 度 P=7．2×10。 ／m ， 弹 性 模 量 hyperworks对某一型号攻钻机床立柱进行拓扑优 E=135000MPa，泊松 比v=0．27。查询质量可得到 化 ，得到一种新型立柱结构 ，与优化前的结构相 质量为0．526T。通过设置对立柱进行模态分析得到 比，立柱的静刚度和动刚度提高的同时降低了立柱 其基频特性 ，对立柱进行静力分析得到其静态变 质量，为机床立柱的设计提供一定的理论依据 。 形特性 。 1 原机床立柱的有限元分析 1-2_2边界条件的设置 立柱通过底面的螺钉 固定在床身上，在进行 本文应用abaqus软件对原机床立柱进行有限元 分析时约束底面 的六个 自由度 即可 。需要施加 分析 ，得到优化前结构的基频率 ，立柱最大静态 的力包括刀库重力，主轴箱重力，切削力T。通 位移们。 过solidworks软件计算得到刀库重力为200Kg， 1．1几何模型的建立 主轴箱重力为165Kg，刀库重心到立柱端面距离 立柱结构复杂，在不影响分析精度的情况下 L=550mm，Z轴结构到立柱端面距离H=400mm。 去除原立柱的圆角、凹槽和安装孔等几何特征， 对于切削力T，可通过以下公式计算： 通过solidworks对立柱进行建模 ，其结构如 图1、 图2所示。