利用ANSYS Workbench软件对高速立式加工中心整机进行静力学分析,得出了静变形云图,经过分析找出了整机静刚度较弱的部位;对整机进行了模态分析,获得了特殊频段的固有频率和振型,并对各阶模态振型进行分析,找到了整机结构中动态特性薄弱环节。根据分析结果对整机结构进行改进,改进后整机的静、动态性能明显要优于原整机,为机床的优化设计和再制造设计打下了基础。
【高速立式加工中心静动态特性分析及结构改进】
高速立式加工中心是现代工业生产中广泛应用的精密机械设备，主要用于高效、高精度的零件加工。本文着重探讨了高速立式加工中心的静力学特性和动态特性，并通过ANSYS Workbench软件进行分析，以提升其性能。
1. **有限元建模**
利用ANSYS Workbench软件进行整机的有限元建模是分析的基础。借助三维建模软件Solidworks构建机床的实体模型，随后通过程序接口导入到ANSYS Workbench中进行分析。为了保持模型精度并简化计算，对机床零部件的某些细节特征进行了适当简化，如倒角、工艺孔、退刀槽和螺纹等。同时，基于圣维南原理，确保简化不会显著影响整体性能。
2. **静力学分析**
高速立式加工中心的静刚度是评价其性能的重要指标，它直接影响到加工效率、精度和表面质量。通过施加静态切削力（每个方向1000 N）在刀具部位，模拟实际加工情况，分析得出机床在X、Y、Z三个方向的变形云图。分析结果显示，立柱和主轴顶端在X方向变形最大，主轴箱前端面在Y和Z方向变形最大，表明这些部位是整机静刚度的薄弱环节。
3. **模态分析**
对整机进行模态分析是为了了解其动态特性。通过获取特殊频段的固有频率和振型，可以识别出结构中的动态弱点。通过对各阶模态振型的分析，确定了主轴箱和立柱是动态特性上的关键部位。
4. **结构改进**
基于上述分析，对整机结构进行了优化改进。改进后的高速立式加工中心在静、动态性能上均有显著提升，为机床的进一步优化设计和再制造提供了理论依据。
总结来说，本文通过ANSYS Workbench软件的静力学和模态分析，揭示了高速立式加工中心的结构弱点，从而针对性地进行了结构优化。这种基于数值模拟的方法对于提升加工中心的性能、减少加工误差以及提高生产效率具有重要意义。同时，该研究也为同类设备的设计改进提供了参考，推动了机械制造行业的技术进步。
