大型数控回转工作台的有限元分析与优化设计研究

2018-02-01程志

时代农机 2018年8期

程志

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161000）

随着机床加工的要求逐渐提升，机床的承载力也越来越受到重视，在加工作业过程中，机床本身会承载机床的主轴能带来的作用力，从而造成机床的变形，在变形的机床加工下，生产出来的产品会存在着很大的质量隐患，因此，要通过有限元方法实现对机床加工性能的有效保障，

1 有限元分析理论

1.1 有限元模态分析理论

有限元模态分析主要是运用线性分析进行固定频率的分析，它同时也是进行承受动态载荷的一个重要的参数，有限元模态分析是在坐标之间来回变换的过程，从而实现整个动态系统的参数，在进行模态分析的过程中，会受到一些外部的影响，这个外部因素就是阻力，但是这些因素还不足以对其产生巨大影响，因此可以进行忽略。

1.2 有限元静力学分析理论

静力学分析与固定的边界条件和固定载荷具有重要联系，对固定载荷来说，它是在整个有限元中固定存在的，是不会随着任何条件的辩护而变化，但对单纯的固定载荷来说，它确实变化着的，只不过是在慢速度中不能够对其变化进行直观的发现而已。在进行静力学研究时要从多方面进行考虑：第一，要对它的应变和位置的移动，进行充分的认识，并且它内部的微元体是存在着几何关系的，可以就问题进行方程式的表达，用矩阵平面问题来进行几何方程的运算，也可以运用指教坐标系进行解答，从而在这些变量中了解位移的分量。第二，从应力及力平衡方程进行有效的认识，要想实现有效的认识，可以就问题进行相应的实践，并将其置于坐标轴内，利用坐标平面形成对应用力的认识。

2 工作台整体优化设计分析

2.1 工作台结构形式的选型与改进

对于工作的布置通常都是用筋板进行的，这些筋板具有着不同的形状，此处主要从井字型筋板和放射型筋板相结合的方法，展开探究，对于工作台的承载力来说，不论是何种筋板都会发生变形，而且变形程度最大的地方就是四角，在四个角的下面是没有支撑物的，所以在进行力的传输时，只能运用筋板进行传输给环形导轨，在承重情况下工作台的变形会沿着导轨进行变化，所以要将筋板的布置该为环形和放射形钢板相结合的方法进行四角的支撑，从而对变形情况进行控制。

2.2 选取优化设计变量

在工作台中，筋板的作用是巨大的，所以，对于筋板来说要对布置方式进行改变，不同筋板的分布方式是不同的，所以，对于环形筋板与放射形筋板的的外径与厚度，要进行变量控制，将环形筋板与放射形筋板能够实现均匀规范分布，在进行优化的过程中，要对实验方法进行适当选择，对于设计变量因素，要给予适当的水平。

2.3 建立目标函数

对于目标函数来说，要对工作台中的模态分析等进行重点的把握，建立相关的优化函数，对于模态分析来说，具有着固有频率，并且每一个频率都具有着加权系数。

2.4 工作台结构优化的过程

对工作台的优化要从多个要素角度分析，不同的因素具有不同的水平，要根据因素的水平进行结构参数的修改，对新的结构形式进行充分的认识，从而实现力学分析。对不同的动力学结果来说，会存在不同的目标函数，在进行函数运算的过程中，可采用正交实验法，在进行充分的分析后，对不同的因素结果进行细致的分析，从而描述设计变量的重要程度。对于重要程度的函数值划分来说，其实更多的是工作台的刚度，在进行筋板选择时，要选择一些外径和内径适中的环形筋，从而实现工作台的优化。