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畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 原 文 題 目： C 原 文 來 源： 1037 （ 2014） 1 (2014) 學(xué) 生 姓 名： 所在院 (系 )部： 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 對于數(shù)控車床尾座主體的特性分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì) 作者： 魯墨武，李明杰 江蘇，湖北，中國 關(guān)鍵詞 ：尾座主體 ;靜態(tài)分析 ;模態(tài)分析 ;拓?fù)鋬?yōu)化 ;工作臺 ; 摘要 ：數(shù)控車床尾座主體的性能特點(diǎn)是對數(shù)控車床的加工精度有非常大的影響的。 這款應(yīng)用軟件就是用于建立數(shù)控車床尾座主體的實(shí)體模型的的軟件，然后將這個(gè)軟件所 建立的數(shù)控車床的尾座主體的實(shí)體模型導(dǎo)入到工作臺的軟件中進(jìn)行有限元分析并且總結(jié)關(guān)于數(shù)控車床尾座主體的實(shí)體模型的動態(tài)特性和靜態(tài)特性。并且根據(jù)對拓?fù)鋬?yōu)化分析的結(jié)果分析得出，使其優(yōu)化后的數(shù)控車床的尾座主體可以保證這個(gè)尾座主體不僅能滿足數(shù)控車床的性能特點(diǎn)和要求，并且能保證優(yōu)化后還可以降低此數(shù)控車床尾座主體的 5％的重量。在為數(shù)控車床的尾座主體節(jié)省材料的同時(shí)也可以減少數(shù)控車床的尾座主體的運(yùn)動慣性等特點(diǎn)，并且這個(gè)優(yōu)化還可以提高數(shù)控車床的尾座主體的加工精度。 前言 數(shù)控車床的尾座主體是數(shù)控車床中部件的重要的組成部分，數(shù)控車床 的尾座主體在數(shù)控車床加工中起到了定位和夾緊工件的作用。數(shù)控車床的尾座主體的靜態(tài)特性和動態(tài)特性在對于數(shù)控車床的加工精度和數(shù)控車床的穩(wěn)定性有著直接的影響。當(dāng)在重型數(shù)控車床上加工的部位不同時(shí)，數(shù)控車床的尾座需要往復(fù)的運(yùn)動來完成夾緊工件和定位工件的任務(wù)。由此可以看出，這些要求需要數(shù)控車床的尾座主體的重量比較輕，要使其盡可能的增加該數(shù)控車床的尾座主體的靈活性能。在本篇文章中，是以一種型號為 通過建立一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)控車床尾座主體的物理模型，并切利用 件來完成有它的有限元分析，然后將其拓?fù)鋬?yōu)化，并使其取得較好的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)。為數(shù)控車床的尾座主體的合理設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可行的參考。 有限元模型 圖 1（ a）是一臺型號為 型號的數(shù)控車床尾座裝配在如圖所示的上和下側(cè)機(jī)殼與圖 1的（ b），（ c）通過滑軌而形成的。此數(shù)控車床的尾座的底部用螺旋固定在數(shù)控車床上。 先進(jìn)材料研究卷 . 1037（ 2014年），第 41提交于： 2014年 6月 11 日 ?（ 2014年），跨技術(shù)出版物，瑞士 接受于： 2014年 8月 7日 線于： 2014年 10月 27日 圖 1：（ a）數(shù)控車床的尾座盒模型 （ b）上盒模型 （ c）降低盒模型 型號為 材料為 的泊松比為 340公斤 /立方米。 圖中所示的網(wǎng)格圖像是有限元分析的一個(gè)重要組成部分。本文是在符合了屬于四面體方法網(wǎng)數(shù)控車床尾座盒模型的方法下選擇的補(bǔ)丁。至于為什么會選擇該方法的原因是因?yàn)樗欠浅５目焖俸捅憬莸?，這種分析幾乎可以適用于任何復(fù)雜的幾何形狀 ;并且在于重點(diǎn)區(qū)域的近似尺寸可以將其細(xì)化。如在圖 2中所顯示出來的網(wǎng)狀后所得到的有限元模型視圖，圖中節(jié)點(diǎn)模型的數(shù)量是 55973 和單元的總數(shù)為 32024。 圖 2：數(shù)控車床的尾座盒的有限元模型。 圖 3：數(shù)控車床的尾座框的邊界條件 數(shù)控車床的尾座盒必須要通過分析靜態(tài)力學(xué)性能和尾座箱的動態(tài)力學(xué)性能，其中包括力、扭矩和支撐面之間應(yīng)用在 控車床的尾座主體在內(nèi)部的應(yīng)力也是主要來自于零部件的自身重力。除了受到了數(shù)控車床的尾座盒內(nèi)部零件重量的影響外，數(shù)控車床的尾座盒同時(shí)也受到了在加工過程中的切割力和力矩的影響。 取軸加工為例，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加工的數(shù)據(jù)表明，數(shù)控車床的尾座的夾緊力是 床的最大切割力為 60床的主切 削力為 床的回力為 力分析完后，力和力矩的數(shù)據(jù)如下面所示： 60N， 572350N， 5120N，M =控車床的尾座主體需要固定在數(shù)控車床上，應(yīng)用這些力和力矩到數(shù)控機(jī)床的尾座盒的每個(gè)表面，所以可以看出數(shù)控車床的尾座箱體的主體底部被固定約束了。邊界條件在工作臺施加如圖 3上所示的。 有限元分析 靜態(tài)分析的結(jié)果對于數(shù)控車床的尾座主體是一個(gè)特別重要的且具 有價(jià)值的參考值，以便于用來優(yōu)化數(shù)控車床的尾座框體的結(jié)構(gòu)性能。如圖 4上所示的，數(shù)控車床的尾座框體的最大位移靜態(tài)圖像的分析結(jié)果應(yīng)是 控車的床尾座的最大應(yīng)力應(yīng)為 07果顯示所表明，數(shù)控車床的尾座盒子的最大位移是很微小的，所以這個(gè)數(shù)控機(jī)床的尾座能夠滿足此型號的車床所要求的精度要求。 控車床中 能承受的極限應(yīng)力應(yīng)該為 300兆帕。數(shù)控車床的尾座箱的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的極限應(yīng)力，數(shù)控車床的尾座的箱體剛性符合車床所要求的剛性，因此，數(shù)控車床的尾座還可以進(jìn)行進(jìn) 一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 在有限元分析的過程中，數(shù)控機(jī)床所產(chǎn)生的由噪聲和振動的相互作用所形成的周期性變激發(fā)力。這種情況非常容易引起共振時(shí)的激振力的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相同或成整數(shù)。這很有可能將減少數(shù)控機(jī)床的加工精度和穩(wěn)定性能。因此很有必要開展數(shù)控車床的尾座框的模態(tài)分析。 圖 4數(shù)控車床的尾座主體的位移和應(yīng)力云圖 此后在 態(tài)分析中的前六階的模態(tài)如表一中所示的結(jié)論： 00轉(zhuǎn)，頻率為 此由模態(tài)分析的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示可以看 出，數(shù)控車床的尾座的激發(fā)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)的要小于從表 1本身的第一階到第六階的頻率。 拓?fù)鋬?yōu)化 拓?fù)鋬?yōu)化是指找到用于使目標(biāo)的體積（整體剛度，固有頻率等）給定的約束條件下是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)材料的最佳解決的方案。在工作臺的使用“形狀優(yōu)化”功能來完成數(shù)控車床的尾座圖框 1 的表 1 中。低階模式 單位： [赫茲 ] 模式 1階 2階 3階 4階 5 階 頻率 的拓?fù)鋬?yōu)化。數(shù)控車床的尾座所要優(yōu)化的目標(biāo)被初始所設(shè)定為 5％，那么要解決這個(gè)問題，數(shù)控車床的尾座所優(yōu) 化的結(jié)果顯示在圖 5中。 圖 5中的拓?fù)鋬?yōu)化云圖 圖 6中的幾何結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化 由于圖中所顯示的帶紅色可切除的區(qū)域是不規(guī)則的平面，在技術(shù)上和應(yīng)力分布中屬于復(fù)雜性問題，必須要在實(shí)際的處理過程中予以非常充分的考慮。因此不可能把圖中的所有的紅色區(qū)域去除干凈。所以要在 件中切斷紅色區(qū)域規(guī)則的幾何形狀，然后使其重量降低為 以數(shù)控車床的尾座所優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)如圖 6所示。 要使其對于優(yōu)化方案位移，數(shù)控車床尾座的應(yīng)力 云圖的有限元分析，如圖 7所示的框的最大位移是 和使其優(yōu)化后的最大應(yīng)力是 07進(jìn)行的數(shù)控車床的尾座的上盒體模態(tài)分析的優(yōu)化，并能夠得到低次模式的結(jié)構(gòu)后如表 2所示的數(shù)據(jù)。 圖 7位移和優(yōu)化后的應(yīng)力云圖 就對于優(yōu)化框結(jié)構(gòu)的靜態(tài)力學(xué)和動態(tài)力學(xué)的分析結(jié)果而言，可以看出數(shù)控車床的尾座主體仍滿足對于數(shù)控車床尾座優(yōu)化后的剛性要求和數(shù)控車床的加工精度要求。除此以外，數(shù)控車床尾座的重量的降低，使數(shù)控車床的尾座的外殼的運(yùn)動慣性和控制性能的得到了很大的提高。 優(yōu)化后圖框 2的表 2中：低階模式 單位 [赫茲 ] 結(jié)論 在做數(shù)控車床尾座箱的拓?fù)鋬?yōu)化時(shí)，最大位移、最大應(yīng)力和低頻尾座箱經(jīng)過了優(yōu)化設(shè)計(jì)后數(shù)據(jù)基本上保持不變化。數(shù)控車床尾座符合設(shè)計(jì)的要求并且重量是減少了 5％。它同時(shí)也使尾座運(yùn)動更加靈活并且降低了尾座的運(yùn)動慣性。 采用了有限元軟件分析的產(chǎn)品可以節(jié)省它的制造的原型和測試的成本。并且還可以獲得在軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的主要性能特點(diǎn)，它還可以 提供優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和大小。 參考文獻(xiàn)： [1]他翀宇，尹志宏 J]優(yōu)化 2012,25： 64332]葉志明 D]大連大學(xué)， 2013 的剛度機(jī)床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) [3]敖冬強(qiáng)，陳超群 ,馬金鳳，楊飛 J]2013,12： 2214]楊愛韶，劉杰 J]2013,06：1815]董力麗，趙易平 J]與液壓裝置的方法， 2010,15：114式 1階 2階 3階 4階 5階 6階 頻率