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基于ANSYS的XK713数控铣床有限元分析及优化设计

陈庆堂  
【摘要】: 有限元方法是现代工程分析与设计的一种快捷、有效的辅助工具。有限元分析及结构优化等CAE技术的应用,对缩短产品开发设计周期、降低产品制造成本、增强企业竞争力具有重要的意义。本文以华中I型教学型数控铣床为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS作为分析工具,对组成铣床的主要零部件进行分析,并对结构进行优化设计。主要工作如下: 对数控铣床的主要零部件主轴箱、立柱结构及整机结构在建立三维有限元分析模型的基础上进行静力分析,直观展示了结构的应力场和位移场,分析了结构的强度和刚度;对主轴箱结构和床身进行了模态分析,获得了主轴箱和床身的模态参数(固有频率和振型),对两种结构进行了动态性能分析,并结合静态分析综合评价了结构的力学性能。静态分析与模态分析结果表明,主轴箱、立柱及整机结能够满足强度要求,主轴箱、立柱结构材料分布不够合理,机床不适合加工大件,而床身的动态性能有待于改善。静态分析与模态分析为结构优化设计和动力改进打下了基础。 本文利用了ANSYS的参数化优化设计模块从静力分析角度对主轴箱进行优化设计,获得了主轴箱结构以最轻重量为目标的优化设计结果,并对优化后的结构进行改进,使其保持良好的动态性能,取得了混合优化的良好结果;通过分析床身在各薄弱环节尺寸变化对其动态性能敏感性的基础上,基于动力特性分析以提高动态性能为目标的改进设计,改善了床身结构的动态性能。


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