文档介绍：广西轻工业GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY机械与电气2009年5月第5期(总第126期)【作者简介】魏艳春(1981-),女,河北承德人,南京航空航天大学金城学院,助教,硕士研究生。1引言随着现代机床向高速度、高精度方向发展,必然要求机床应该具有越来越高的动、静态特性[1]。因此,机床结构动、静态特性的研究已经成为当今机床行业的重要环节之一。机械结构的模块化设计以有限元分析为核心,动态结构优化为基础,通过结构的优化,不仅使零部件的静力学性能得到改善,还使结构的抗振特性得到提高,节省材料,获得最佳的结构尺寸。机床床身是机床的重要基础件,它的动态特性和静态特性直接影响机床的加工精度及精度稳定性[2]。本文在有限元分析基础上,力图探求其动态设计的一般方法。2结构动态分析理论基础根据振动理论,多自由度系统以某个固有频率振动时多呈现出的振动形态称为模态,此时系统各点位移存在一定的比例关系,称固有振型。在假设结构线形小变形的基础上,阻尼影响不大而略去,得到无阻尼自由振动方程!"Mx..#$+!"K#$x=#$0。结构材料和外形参数确定方程中的质量矩阵!"M,结构形式和边界条件确定方程中的刚度矩阵!"K,求解对应的特征值问题,固有频率和振型也就确定了。因此它能全方位的体现结构特性,通过分析模态振型,可找出机床结构的薄弱环节和可能的破坏区域,由此可为机床结构优化提供参考依据[3]。3变量化动态分析过程变量化分析是在参数化、变量化造型和有限元分析的基础上进一步发展的一种面向设计的快速重分析方法。在设计早期进行设计验证和预测产品性能,可减少产品开发过程的反复。对床身变量化优化,首先要对床身拓扑结构进行分析,选取适当的结构单元类型,再建立有限元变量化模型。变量化动态设计的一般过程[4]如图1所示。图1变量化动态设计的过程4元结构变量化动态分析图2所示为XM18球面铣磨机床身模型,因结构设计未经优化,其动态性能未尽人意。需要在不改变其装配尺寸前提下,改进床身结构。该床身模型为灰铸铁HT200,弹性模量E=×1011N/m2,泊松比p=,密度ρ=7190kg/m3。,最终可分解得一些拓扑结构变化不大、相对独立的基本单元结构,可称为元结构。其结构单元特性会影响到整个结构特性的优劣。床身包含内部纵横筋板结构和导轨等主要元素。按照元结构的概念和划分原则,先将内部独立的元结构进行分析,以便确定合理的床身元结构。、地脚螺栓、筋板为研究对象,来分析这些元结构与固有频率[5]的关系。a型:将床身前面的小窗口封上;b型:;c型:在b型的基础上,;d型:在b型的基础上,增加两个地脚螺栓;e型:在d型的基础上,将床身右侧的方孔改为圆孔;f型:在e型的基础上,,在床身后面内侧小窗口对面也增加一个此类型的长方体筋板。床身元结构见图3,元结构的固有特性比较见表1。基于有限元分析的球面铣磨机床床身结构动态优化设计方法研究魏艳春(南京航空航天大学金城学院,江苏南