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雙主軸銑削加工中心立柱的靜態動態分析及優化
閱讀：169 發布時間：2020-8-10 為了滿足國內對航空發動機機匣加工設備的 需求，研發了大功率、雙主軸龍門式銑削加工中心。該加工中心具有立式和臥式兩個加工主軸，分別位于 橫梁和立柱上，由于采用龍門框架結構，該加工中心 具有很高的剛性［1］，不但滿足了大功率強力銑削的要 求，而且其緊湊的結構極大地提高了航空發動機機匣 的加工效率。該機床的立柱不僅要承受來自橫梁和立 軸的重力，還要承受臥軸的重力和銑削力的作用，因 此該立柱應具有較強的抗壓、抗扭和抗振的能力，其 靜動特性的優劣直接影響到整個機床的加工性 能［2 － 3］。采用傳統經驗設計的立柱，其結構尺寸和質量較大，易造成材料的浪費和成本的增加，需要對立 柱進行靜、動態分析， 確定立柱薄弱部位和方向［4 － 5］，再對其進行優化。目前立柱的優化方法很多，例如通過對不同筋板布局進行類比擇優的方法［6］，采用基于遺傳算法的多目標優化方法［7］，以及采用拓撲優化與尺寸優化相結合的優化方法［8］等。
文中以雙主軸銑削加工中心的立柱為研究對象， 對其進行了靜力、模態和諧響應分析，確定立柱靜、動剛度薄弱和不足之處; 根據分析結果，建立多目標優化模型，通過多目標遺傳算法和靈敏度分析進行優 化設計，后根據大峰值響應情況確定了方案。
1 立柱有限元模型以及受力模型的建立
雙主軸銑削加工中心采用立柱龍門式框架結構， 并設置立式、臥式兩個切削主軸，如圖 1 所示，文中研究的立柱上布置了臥式主軸，主軸功率為 39 kW 高轉速為 4 500 r / min，立柱與滑鞍采用具有高剛度的滑動導軌連接。
1. 1 有限元模型的建立
使用 Pro / E 建立立柱的三維模型，在保證求解精度的前提下對立柱進行簡化處理。
將三維模型連接到 ANSYS Work- bench ( AWB) 中進行前處理，在立柱導軌上建立受力面。設置材料為 HT300， 密度為 7 350 kg / m3 ， 彈性模量為 130 GPa， 泊松比為0. 27。以立柱小特征尺寸為依據設置網格尺寸為 80 mm，立柱的底部、與床身連接處的邊界條件設置