摘要: 机床床身作为机床基础的主要部分，机床的很多重要部件都是以床身为安装载体，因此机床床身的强度、刚度及其动态特性在机床的设计中起非常重要的作用，床身的静动态性能直接影响机床的加工精度。传统的床身设计是采用材料力学的简化计算和经验设计相... 展开 机床床身作为机床基础的主要部分，机床的很多重要部件都是以床身为安装载体，因此机床床身的强度、刚度及其动态特性在机床的设计中起非常重要的作用，床身的静动态性能直接影响机床的加工精度。传统的床身设计是采用材料力学的简化计算和经验设计相结合的方法，虽然这种设计方法经过实践证明具有一定的可靠性，但存在设计周期长、设计过于保守等弊端导致床身结构不尽合理，因此对机床床身的优化特别是大型机床的床身进行优化设计有重要的实际价值。本文以TH6918大型数控落地镗铣床床身为例，以有限元技术为基础利用有限元分析软件HyperWorks建立床身的力学模型并对其进行静、动态特性分析，在此基础上对床身进行以减重为目的的结构优化研究，主要内容如下： (1)根据图纸对床身的一些特征比如倒角工艺孔等进行简化，利用Pro/E建立简化后的床身几何模型；首先对床身进行静力分析，得到了床身在外载荷及自重作用下的应力分布情况和最大位移变形量；其次利用BlockLanczos法对床身进行模态分析，并提取了床身前6阶模态，通过分析原床身结构的静刚度和动态特性都较好，为床身结构优化提高依据。 (2)将床身内部的筋板进行划分，提取元结构即筋格单元进行分析，通过研究元结构各参数对筋格固有频率的影响，找出最优的参数组合，为床身整体结构的动态优化提供依据。 (3)通过改变床身出砂孔的形状和大小、内部筋板的厚度、床身壁厚来研究这些因素对床身动态特性的影响，在此基础上提出四种床身减重优化方案，并通过对比分析选出合适的方案。 (4)在床身动态优化的基础上，利用变密度法对床身结构进行拓扑优化，得出床身在外载荷及约束作用下的床身材料的密度分布。类比同类机床的床身结构，依据拓扑优化结果对床身提出两个改进方案。根据机床实际的工作状况、刚度和动态特性来验证方案的可行性，并对这两种方案进行有限元分析并确定基于拓扑优化的床身优化方案。 (5)在元结构优化和拓扑优化的基础上提出最终的床身减重方案。 收起