基于ANSYS的加工中心工作台组件的有限元分析及优化

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xtepnui2020
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数控机床的加工精度受到多方面因素的影响,其中机床静力学特性和动力学特性是两个重要的影响因素;对装配体整体的有限元分析可以获得在单个零部件分析中难以获得的信息。本文以FM6324型立式加工中心工作台、鞍座和底座组成的装配体为研究对象,以ANSYS为工具,利用有限元方法对装配体进行静力分析和模态分析,获得其静力学和动力学特性,并在此基础上进行优化设计。本文首先介绍了机床的相关理论知识,装配体中装配关系在有限元分析中的处理方法和理论,接着介绍了本文的研究对象——FM6324型立式加工中心的参数。接下来在静力分析中,本文使用ANSYS中的接触分析功能来处理装配关系,考虑并分析了4种工况,得到了这些工况下装配体的变形云图和应力云图,掌握了变形和应力情况。选取了其中一种工况进行接下来的模态分析和优化。再后来在模态分析中,本文考虑结合部相关理论,使用ANSYS中提供的弹簧-阻尼单元来等效模拟结合部的动力学特性,通过吉村允孝法识别并获得了结合部的等效动力学参数。通过模态分析得到了装配体的前5阶模态频率和振型。在优化设计时,本文先将ANSYS分析时的GUI操作转换为APDL命令,并根据需要对其进行了适当修改,使其能够完成对结构尺寸稍有变化的不同工作台组件的自动和快速分析;接下来选取筋板尺寸和结合部面积共6个对象为优化变量,为每个变量设计了5个尺寸水平,使用正交实验表得到了25种尺寸组合,将转配体质量、分析结果中的变形和频率作为优化目标,利用转换的APDL命令通过ANSYS进行重复分析,通过分析处理这些结果获得了较优的结果。
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