基于有限元机床整机静动态特性分析及结构优化设计

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1、摘要数控机床正向高速、高精度和智能化方向发展，而机床整机刚度变形对高精度数控机床的加工精度产生直接影响，因此对机床整机结构进行优化设计具有重要的理论意义和应用价值。本论文以GT650螺旋锥齿轮铣齿机为研究目标，对机床整机进行动静态特性分析，并对机床各关键部件进行结构优化设计。研究工作主要包括以下内容：根据设计图纸，将GT650机床整机在SolidWorks软件中进行建模并做适当简化，然后导入ANSYSWorkbench软件中，结合其实际加工工况时的载荷及约束情况，对铣齿机整机进行动静态特性分析，为机床零部件结构优化提供参考。其次，对床身

2、底座进行参数化建模并导入ANSYSWorkbench，实现有限元模型的参数化，并运用其模块中的目标驱动优化方法对床身结构的外部尺寸进行参数优化，对床身结构尺寸进行改进优化，从而实现床身的结构优化；由于滑座、立柱及滑台的内部筋格结构分布均匀，通过改进各部件的内部筋格结构，再组合成新的内部筋格结构，对其进行有限元分析。最后，将各部件和整体优化整机模型进行动静态特性进行分析，并与原始整机各项性能进行对比，验证零部件结构经优化后对整机性能的影响。关键词：有限元分析，模态分析，目标驱动优化，固有频率IAbstractCNCmachinetools

3、aredevelopinginthedirectionofhigh-speed,high-precisionandintelligent,andmachinetoolstiffnessdeformationhasadirectimpactonthemachiningaccuracyofhigh-precisionCNCmachinetools,sotheoptimaldesignofthemachinetoolstructurehasimportanttheoreticalsignificanceandapplicationvalue.

4、ThisdissertationtakestheGT650spiralbevelgearmillingmachineastheresearchobject,performsthedynamicandstaticanalysisandmodalanalysisofthemachinetool,andoptimizesthestructureofthekeypartsofthemachinetool.Theresearchworkmainlyincludesthefollowingcontents:Accordingtothedesignd

5、rawings,theGT650machinetoolismodeledinSOLIDWORKSsoftwareandproperlysimplified,andthenimportedintotheANSYSWorkbenchsoftware.Theloadandtheconstraintsoftheactualmachiningconditionsarecombinedtoperformdynamicandstaticoperationsontheentiretoothmillingmachine.Thecharacteristic

6、analysisprovidesareferenceforthestructuraloptimizationofmachinetoolcomponents.Secondly,parametricmodelingthebedbaseandimportingintoANSYSWorkbenchtorealizetheparameterizationofthefiniteelementmodel,andusingtheGoalDrivenOptimizationmethodoftheresponsesurfacemethodinthemodu

7、letooptimizetheparametersoftheexternaldimensionsofthebedstructure.Thebedstructuresizeisimprovedandoptimizedtoachievetheoptimizationofthebedstructure;duetotheuniformdistributionoftheinternalribstructureoftheslidingseat,thecolumnandtheslidingtable,theinternalribstructureof

8、eachpartisimprovedandthenewinternalribsareassembledStructures,performfiniteelementanalysisonthem.Finall