轻质多孔仿生结构机床工作台性能分析.pdf
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1、第 卷 第 期邵阳学院学报(自然科学版).年 月 ().文章编号:()轻质多孔仿生结构机床工作台性能分析张希峰巩彬蒋鑫梁刚毕方淇张立凯宁新杰(淄博市农业机械研究所山东 淄博)摘 要:为提高机床工作台的静态和动态性能将轻质多孔和仿竹结构结合起来运用到工作台设计中 对轻质多孔仿生工作台和原工作台按照 种极限工况进行静力学分析得到总变形、各方向变形 通过模态分析得到固有频率和振型 分析结果显示与原工作台相比轻质多孔仿生工作台在 种工况下各方向变形和总变形均降低 轻质多孔仿生工作台前 阶固有频率都明显提高其中第、阶分别提高.和.谐响应分析结果得到的易发生共振的频率与模态分析得到的固有频率一致 工作台质
2、量减小.降低为.关键词:仿生工作台多孔结构静刚度动态性能中图分类号:文献标志码:():.收稿日期:作者简介:张希峰男工程师硕士从事农业机械装备研发工作:.第 期张希峰巩彬蒋鑫梁刚毕方淇张立凯宁新杰:轻质多孔仿生结构机床工作台性能分析 .:机床性能很大程度上决定着零件的加工精度 作为机床的关键零部件工作台很大程度上决定着机床的性能 目前对机床工作台性能提升的研究大多是对筋板布置、筋板尺寸优化、减质量等方面 随着科研人员对仿生结构的研究逐渐加深仿生结构为工作台的设计提供了一种非常有效的方法仿生结构在机床上的应用也得到重视 项菲菲等采用麦秆结构布置工作台筋板提高工作台性能田亚峰等采用仿龟壳结构设计机
3、床横梁筋板提升机床横梁性能张莹等采用仿龟壳结构设计机床床身的筋板提高床身静、动态性能牛金磊等采用仿叶脉结构设计的机床平滑枕筋板提升平滑枕性能谢黎明等采用仿芭蕉叶柄设计机床立柱李宇鹏等仿王莲叶脉设计机床立柱性能提高自然界中的竹子进化出适合环境生存的薄壁中空结构是一种典型高强度结构 竹子具有薄壁中空结构良好的韧性较高的强度是自然界中具有高效能材料 陈晓薇等采用仿竹结构设计电池箱体取得了良好的效果赵知辛等采用仿竹的结构设计无人机起落架提高各项性能 同时多孔材料能够显著提高结构的性能其特征排列规则具有较高的刚度、强度、良好的机械性能较轻的质量 张勇等分析了正方形多孔结构工作台的各项性能结合轻质多孔结构
4、和仿生结构的优点应用到工作台的设计中将会提高工作台整体性能并获得很好的减质量效果 结构设计竹子仿生结构用细长的薄壁面模拟维管束竹子的维管束呈梯度分布考虑到竹子复杂的维管束横截面结构在实际应用中需要对其进行简化简化后仿竹结构见图 将轻质多孔结构和仿竹结构进行结合得到轻质多孔仿生工作台 用 软件建立多孔仿竹结构的实体模型 先建立单个仿竹结构单元然后进行阵列、镜像、切除等步骤得到轻质多孔仿生结构见图 工作台、轻质多孔仿生结构、丝母座组装到一起最终得到轻质多孔仿生工作台见图 原工作台包括工作台及加强筋、丝母座等结构见图 邵阳学院学报(自然科学版)第 卷图 简化后仿竹结构.图 多孔仿竹结构.工作台丝母座
5、多孔仿生结构图 轻质多孔仿生工作台.工作台丝母座加强筋图 原工作台.静刚度分析.有限元模型建立用有限元分析软件对机床工作台的原方案和轻质多孔仿生工作台分别进行静力学分析提取工作台在工作状态下的变形检验工作台的静刚度 工作台和丝母座为灰铸铁弹性模量为 泊松比为.密度为 /屈服强度为 轻质多孔仿生结构为铝合金弹性模量为 泊松比为.密度为 /屈服强度为.建模分别建立两种工作台的实体模型先对模型进行简化在不影响分析结果准确性的前提下简化掉一些小孔和倒角等不重要且增加计算量的特征缩短计算时间和降低对计算资源的要求 模型导入分析软件 中.网格划分在分析软件中对工作台模型进行网格划分因分析工作台的静刚度不需
6、要提取工作台的应力故网格划分不需要追求太细工作台网格尺寸设置为 司母座和仿生结构的网格尺寸设置为 网格划分方法运用 中的 共计得到 个单元、个节点.约束工作台、丝母座、轻质多孔仿生结构之间设置为绑定接触 在工作台的 个滑块安装面添加位移约束限制 和 两方向的位移丝母座与丝杠的配合面设置仅切向自由的圆柱度约束第 期张希峰巩彬蒋鑫梁刚毕方淇张立凯宁新杰:轻质多孔仿生结构机床工作台性能分析 .种极限工况分析因工作台工作时从左到右整个台面都是刀具加工工件的位置故对工作台进行静力学分析时取 个极限工况分别进行分析包括左极限工况、中间工况、右极限工况更能准确分析工作台的整体静刚度见图 根据工作台实际工作时
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