基于ANSYS的机床主轴结构优化设计.pdf

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1、第12期组合机床与自动化加工技术N0．122011年12月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueDec．2011文章编号：1001—2265(2011)12—0022—03基于ANSYS的机床主轴结构优化设计木杜官将，李东波(1．南京工程学院机械工程学院，南京211167；2．南京理工大学机械学院，南京210094)摘要：运用APDL建立机床主轴的参数化有限元模型，应用ANSYS优化设计功能，以主轴的重量为优化目标，对主轴的支承跨距、外径、悬伸长度和传动件安装位置进行了优化计算，并对优化结果进行了分析。结果表明：主轴结构优

2、化后，在保证机床各种性能的前提下，主轴重量得到有效的减小。关键词：机床主轴；优化设计；ANSYS；APDL中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AOptimizationDesignoftheStructureofMachineToolSpindleBasedonANSYSDUGuan—jiang’，LIDong—bo(1．SchoolofMechanicalEngineering，NanjingInstituteofTechnology，Nanjing211．167，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityo

3、fScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：AparameterizedFEAmodelofmachinetoolspindlewasestablishedusingAPDLinANSYS．Choosingtheweightofspindleastheoptimizingtarget，itsbearingsdistanceandtheouterdiameterandoverhangdistancebetweenthefrontspindleandthefrontbearingandthelocationoftransmissi

4、onpartswerecalculatedbyusingtheoptimizedfunctionintegratedinANSYS，andanalysisontheoptimizeddatawasmade．Theresultrevealsitsweighthassignificantlyreductioninmeetingvariousperformanceofthemachinetoo1．Keywords：machinetoolspindle；optimizationdesign；ANSYS；APDL看作刚性支承，有的未考虑主轴上传动件的位置、作用0问题的提出力对主轴的影响，使建立

5、的主轴模型不够准确，对主轴机床主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，的优化结果产生了一定的影响。本文以普通机床的主是机床中的一个非常重要的零件，它关系到整个机轴为研究对象，在考虑主轴传动件位置、作用力及轴承床的使用性能，机床设计成功与否在一定程度上取刚度的基础上，利用ANSYS的APDL对机床主轴进行决于主轴系统设计的优劣。机床主轴一般为多支撑参数化建模，利用ANSYS软件对其进行优化设计，使空心阶梯轴，通常采用二支承或三支承，在主轴上安优化设计结果更接近实际情况。装有传动件，传递动力和运动，在主轴前轴通常装有1ANSYS优化设计原理与步骤刀具或工件，在切削加工过程中，有切削力作用于主

6、轴。因此，机床主轴的优化设计始终是机床设计的1．1ANSYS的优化设计原理一项重要内容。截至目前为止，关于主轴结构的优机床主轴的优化大多以在一定的约束条件下主化设计，国内外学者已经提出了不少方法¨。于国轴刚度最好或质量最轻为目标，对轴承的支承跨度、平利用惩罚函数法对机床主轴结构进行了优化，轴径、悬伸长度等进行优化。由于主轴部件结构的沈浩等利用MATLAB对机床主轴结构进行了优化设复杂性及对主轴性能的更高要求，传统的材料力学计，裴大明等采用有限元法对主轴进行了优化，分析方法已显得无能为力。有限元法是一种数值计宋春明等应用有限元方法对电主轴结构进行了优算方法，它能够精确地对大多数机械结构

7、进行结构化]。上述方法中，有的忽略了主轴轴承的特性，把其收稿日期：2011—05—25}基金项目：南京工程学院科研基金项目(KXjo8024)作者简介：杜官将(1967一)，男，江苏盐城人，南京工程学院讲师，南京理工大学在读硕士研究生，研究方向为先进制造技术，(E—mail)gujidu@126．com。2011年l2月杜官将，等：基于ANsYS的机床主轴结构优化设计·23·分析，计算系统的应力、应变、自振频率等。优化设步；⑥查看设计序列结果。计是一种在可