大型数控套筒回转式尾座设计【含9张CAD图】
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大型数控套筒回转式尾座设计【含9张CAD图】
【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：
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大型数控套筒回转式尾座附录 外文翻译数控车床尾架机构的特性分析与优化摘要：数控车床尾架的特点对数控机床的加工精度有很大的影响。利用Solidworks 软件建立了车尾体实体模型，然后将其导入到工作台软件中进行有限元分析，得出其动态和静态特性。根据对拓扑优化的分析结果。经过优化后，尾料机构不仅能满足机床的要求，质量也可降低 5%。在节省材料的同时也可以减少运动惯性，提高加工精度。关键词:尾座体;静力学分析;模态分析;拓扑优化;工作台;一、说明尾架是数控车床的重要组成部分，在定位和夹紧工件方面起着重要的作用。它的静态和动态特性直接影响加工精度和稳定性。重型数控车床加工不同零件时，尾料需要往复运动完成夹紧、定位工件的工作。因此，这就要求尾矿重量更轻，尽可能增加组织的灵活性。本文以 HTC100 数控车床尾箱箱体为例，通过建立一个精确的物理模型，利用 ANSYS Workbench 软件完成有限元分析及其拓扑优化，得到了较好的结构。为尾矿库的合理设计提供了可行的参考。二、有限元模型图 1 (a)是关于 HTC100 数控车床尾架车身结构，由上、下柜组成的图 1 (b)， (c)所示。尾架的底部通过滑轨和螺栓固定在床上。图 1 (a) 尾箱模型 (b) 上框模型 (c) 下箱模型 HTC100水平数控车床尾架由 HT300 铸造。HT300 的模量是。1.43E11Pa ，泊松比为0.27，密度为 7340Kg/m3。网格是有限元分析的重要组成部分。本文选择了一种符合四面体法的补片方法，将其与尾箱模型相结合。选择该方法的原因是它快速且适用于复杂几何;大型数控套筒回转式尾座关键区域的近似大小可以细化。网格如图 2 所示，得到有限元模型，节点模型个数为 55973，总单元数为 32024。图 2 箱体有限元模型 图 3 箱体边界条件在分析尾箱的静力学和动力学特性，包括力、转矩和支撑面时，必须在 ANSYS的箱体上应用边界条件。尾矿体内部应力主要来自零件的重力。在加工过程中，除了内部零件的重力外，尾箱还具有切削力和力矩。以轴加工为例，根据经验数据，尾板夹紧力为 5.28KN，最大切削力为 60KN。主切削力为 53.4KN，后力为 18.6KN，送料力为 20.4KN。应力分析后，得到的力和扭矩为:Fx =560N, Fy =1572350N, Fz =15120N, M = 8811n。将这些力和力矩应用到箱体的各个表面，固定在床上的尾箱，使箱体的底部通过固定的约束得到。工作台中应用了边界条件，如图 3 所示。三、有限元分析静态分析结果对优化箱体结构具有重要的参考价值。静态图像分析如图 4 所示，箱体最大位移为 1.23E-004m，最大应力为 4.44E+007Pa。结果表明，箱体最大位移量小，满足精度要求。HT300 的最大应力是 300MPa。尾箱的最大应力远小于有限的材料应力，箱体刚度满足要求，因此可以进行进一步的优化。在此过程中，机器工具通过噪声和振动的相互作用产生周期性的变分激发力。当激发力的频率与结构固有频率相同或整数时，容易引起共振。这将降低机床的加工精度和稳定性。因此，有必要对尾箱进行模态分析。大型数控套筒回转式尾座图 4 尾矿体的位移和应力云图在 ANSYS 中对箱体进行模态分析后，得出了第一个六阶模态，如表一所示。HTC100 数控车床主轴的最大转速为 200rpm，频率为 3.33Hz。可以看出，尾架的激发频率远小于表 1 的六阶频率。表 1 箱体的低阶模式 单位HzPattern1-order2-order3-order4-order5-order6-orderFrequency272.27283.95 462.53636.54747.78806.67四、拓扑优化拓扑优化是指在给定约束条件下，找到用于使目标体积(整体刚度、固有频率等)稳定的结构材料的最佳解。利用工作台的“形状优化”功能，完成尾箱拓扑优化。优化目标设置为 5%，然后求解，优化结果如图 5 所示。图 5 拓扑优化云图 图 6 优化后的几何结构由于红色区域是不规则的，在实际处理过程中必须考虑到技术和应力分布的复杂性。所以不可能移除所有红色区域。在 Solidworks 中，将常规几何图形中的红色区域剪掉，然后质量减少 1250.4Kg。优化后的几何结构如图 6 所示。对优化方案和位移进行有限元分析，如图 7 所示。箱体最大位移为 1.19E-004m，优化后最大应力为 4.57E+007Pa。进行结构优化后箱体的模态分析，得到低阶模态，如表 2 所示。大型数控套筒回转式尾座图 7 优化后的位移和应力图对优化后的箱体结构进行静力学和动力学分析，使其在优化后仍能满足刚度要求和加工精度。此外，质量降低，运动惯性圈闭和控制性能提高。表 2 优化后的箱体低阶模式 单位HzPattern 1-order 2-order 3-order 4-order 5-order 6-orderFrequency 278.98 290.52 471.10 653.54 743.03 781.12五、结论对工作台的尾箱进行拓扑优化，最大位移、最大应力和低频基本不变，优化设计后的尾箱箱体。满足设计要求，质量降低 5%。这使得尾架运动更加灵活。使用有限元软件对产品进行分析，可以节省制造原型和测试的成本。在软件中获取产品的主要特性，可以提供优化的结构和尺寸。大型数控套筒回转式尾座参考文献1 赫崇宇，尹志宏.尾座箱体的特性分析与优化J.科学技术与工程，2 012，12（25）:6433-6436.2 叶志明.基于机床整机刚度特性的床身结构优化设计D .大连：大连理工大学，2 013.3 李红伟，于文涛，刘淑琴.基于 ANSYS 的磁悬浮挠性转子模态分析与设计J .中国机械工程，2 014，25（11）:1447-1452.4 高东强，陈超群，马金锋，等.立式加工中心床身静动态特性分析及优化J.机械设计与制造，2013（12）:221-223，227.5 艾绍阳，刘杰.一种数控车床尾座结构的改进设计J.机械工程师
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