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随着对机床加工质量、精度以及效率要求的提高,需要进一步改善机床的静、动态性能,床身作为机床的一个复杂的基础大件,其结构形式和参数对机床的动态特性有着重要的影响,根据实际的工作环境以及加工要求对现有机床结构进行改进设计。 论文研究和分析了某型数控铣床床身,其主要的研究内容: (1)基于PRO/E软件建立现有机床床身的三维模型,根据实际工作环境对床身的受力情况进行分析;基于有限元软件ABAQUS建立床身的简化有限元模型,并定义床身模型的材料属性、边界条件以及载荷约束,划分网格后对床身模型进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,判断现有床身结构设计是否合理以及存在的薄弱环节。 (2)基于元结构和有限元变量化设计的思想,对影响床身固有频率的各个因素进行灵敏度分析;以一个独立的筋格元结构为研究对象,分析元结构上出砂孔数目和形状、出砂孔半径或边长与筋格元结构边长的比例以及筋格元结构的长、宽、高三者不同的比例关系对筋格元结构固有频率的影响;以典型框架为研究对象,分析内部筋板的不同布置方式对其固有频率的影响;以床身模型为研究对象,分析内部横、纵向筋板厚度以及壁厚的变化对床身固有频率的影响;以上述分析结果为依据,对现有床身结构进行改进优化设计。 (3)根据上述的分析结果,针对现有床身结构的薄弱环节或不合理之处对床身结构进行改进优化设计;以减轻床身重量、提高固有频率为优化目标,以床身的强度和刚度为约束条件,在不改变床身外部基本尺寸的前提下,提出7种优化方案;分析对比这7种优化方案,得到最终的设计方案;对最终方案的床身模型进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,验证分析结果达到了优化目标。