立式制动盘专用加工中心立柱多目标优化
文章预览：随着制动盘产业的高速发展，现代制动盘专用机床朝着高速、高效、专用、高精度的方向飞速发展，同时机床基础零部件的结构性能也在向科学性、合理性、轻量化研究领域逐步深入[1-2]。立柱和滑座（下座）作为机床系统中重要基础部件之一，起着支撑滑板、伺服电机、伺服刀塔以及连接床身的作用。其性能的优劣直接影响机床自身的稳定性、抗振性以及加工的精度和效率[3]。传统的经验设计已经满足不了现代机床的发展要求，为了提高机床的性能要求，需要对立柱滑座结构进行模态分析和静力分析，以便发现设计的薄弱部分以及进行改进优化。有限元法近年来飞速发展，广泛应用于各个行业。借助有限元软件ANSYS和有限元原理，对结构进行动静态分析，得到相应的应力、应变以及变形状态。在此基础上以立柱滑座的轻量化作为研究目标，利用响应面法、灵敏度分析的途径，对立柱滑座进行多目标优化。实现减轻结构重量的目标，提高结构的第一阶频率和刚度。1立柱和滑座模型的建立机床立柱采用铸铁HT300,其泊松比0.27，密度为7350 kg/m3，弹性模量为126 GPa。利用SolidWorks对机床立柱和滑座进行三维参数化建模，建模时忽略小于20mm的圆角、倒角等结构以及其他小的结构和特征[4-5]，这些小的结构和特征在计算时占用大量内存和计算时间，从而影响分析精度。将建好的模型通过软件SolidWorks插件无缝连接到WorkBench中。对立柱滑座进行网格划分，考虑到计算精度要求和计算方便，采用Tetrahedrons方法，该方法可以利用自身特有的性质自动细化网格，从而提升网格质量，并通过控制网格的尺寸来保证划分的质量。模型采用30 mm的四面体进行网格划分，模型共划分单元120 601个，节点195 928个。划分后的有限元模型如图1所示。随着制动盘产业的高速发展，现代制动盘专用机床朝着高速、高效、专用、高精度的方向飞速发展，同时机床基础零部件的结构性能也在向科学性、合理性、轻量化研究领域逐步深入[1-2]。立柱和滑座（下座）作为机床系统中重要基础部件之一，起着支撑滑板、伺服电机、伺服刀塔以及连接床身的作用。其性能的优劣直接影响机床自身的稳定性、抗振性以及加工的精度和效率[3]。传统的经验设计已经满足不了现代机床的发展要求，为了提高机床的性能要求，需要对立柱滑座结构进行模态分析和静力分析，以便发现设计的薄弱部分以及进行改进优化。有限元法近年来飞速发展，广泛应用于各个行业。借助有限元软件ANSYS和有限元原理，对结构进行动静态分析，得到相应的应力、应变以及变形状态。在此基础上以立柱滑座的轻量化作为研究目标，利用响应面法、灵敏度分析的途径，对立柱滑座进行多目标优化。实现减轻结构重量的目标，提高结构的第一阶频率和刚度。1立柱和滑座模型的建立机床立柱采用铸铁HT300,其泊松比0.27，密度为7350 kg/m3，弹性模量为126 GPa。利用SolidWorks对机床立柱和滑座进行三维参数化建模，建模时忽略小于20mm的圆角、倒角等结构以及其他小的结构和特征[4-5]，这些小的结构和特征在计算时占用大量内存和计算时间，从而影响分析精度。将建好的模型通过软件SolidWorks插件无缝连接到WorkBench中。对立柱滑座进行网格划分，考虑到计算精度要求和计算方便，采用Tetrahedrons方法，该方法可以利用自身特有的性质自动细化网格，从而提升网格质量，并通过控制网格的尺寸来保证划分的质量。模型采用30 mm的四面体进行网格划分，模型共划分单元120 601个，节点195 928个。划分后的有限元模型如图1所示。备注：为保证文章的完整度，本文核心内容都PDF格式显示，如未有显示请刷新或转换浏览器尝试！结束语：应用有限元软件SolidWorks对立柱滑座进行了参数化建模，并通过Workbench对其进行了模态、静力学分析，以及对其进行响应面分析和优化，找到了影响整体模型的关键设计尺寸，并利用优化后的参数对立柱和滑座重新建模，得到新模型的一阶频率是171.25 Hz，提升了4.0%，质量减少9.8%。******变形量有所提高，考虑实际工程应用，符合工程要求范围。结果表明，此次优化分析，提高了一阶频率，减少了立柱和滑座的质量，达到了轻量化的目的，同时新的立柱滑座满足设计要求。