基于hyperworks机床立柱结构的优化设计

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机床是现代基础制造业中不可或缺的机加工设备，立柱作为机床重要部件之-，其结构的合理性将影响实际的加工质量。通常立柱上设有主轴箱和刀库系统，导致立柱承受-定的弯曲力矩，因此通过对立柱进行静、动态分析，改善其结构，对提高机床的加工精度具有重要意义n 。

目前国内对机床立柱优化分析的结果主要集中在增加壁厚、筋板厚度以及改变筋板布局来提高其静和动态性能，导致立柱质量增加 。本文通过hyperworks对某-型号攻钻机床立柱进行拓扑优化，得到-种新型立柱结构，与优化前的结构相比，立柱的静刚度和动刚度提高的同时降低了立柱质量，为机床立柱的设计提供-定的理论依据。

1 原机床立柱的有限元分析本文应用abaqus软件对原机床立柱进行有限元分析，得到优化前结构的基频率，立柱最大静态位移 们。

1.1几何模型的建立立柱结构复杂，在不影响分析精度的情况下去除原立柱的圆角、凹槽和安装孔等几何特征，通过solidworks对立柱进行建模，其结构如图1、图2所示。

1.2有限元模型的建立1.2.1材料特性将solidworks中建立的模型导入ABAQUS有限元分析软件，立柱的材料采用HT300，查阅手册材庶廛图1 立柱整体结构图 图2 立柱剖面图料 密 度 P7.2×10。 /m ， 弹 性 模 量E135000MPa，泊松比v0.27。查询质量可得到质量为0.526T。通过设置对立柱进行模态分析得到其基频特性，对立柱进行静力分析得到其静态变形特性 。

1-22边界条件的设置立柱通过底面的螺钉固定在床身上，在进行分析时约束底面的六个 自由度即可。需要施加的力包括刀库重力，主轴箱重力，切削力T。通过solidworks软件计算得到刀库重力为200Kg，主轴箱重力为165Kg，刀库重心到立柱端面距离L550mm，Z轴结构到立柱端面距离H400mm。

对于切削力T，可通过以下公式计算： 其中P5.5KW， 0.97，n4000r/min，算得T13N·m 〃模时并不将刀库和主轴箱画出，用参考点表示这些实体的质心，将力施加在参考点上，参考点与相关面耦合进行分析。

收稿日期：2013-05-23作者简介：安永乐 1988-，男，山东德州人，硕士研究生，主要从事机械设计和限元分析方面的学习和研究。

第35卷 第9期 2013-09下 91务 匐 似来回运行 绕线孔绕线6次后绕把完成，从而完成-个绕把动作。该过程用时10秒。

3剪断。 剪刀架上剪断机构将线把剪断 由剪刀后面带的气缸驱动，同时剥线头和剥线尾机构将线把的线头和线尾的绝缘皮剥去。该过程用时0.5秒 。

4捆线。绕线杆左移到捆线位置，开始捆线，当两个绕线钩同步旋转5圈后，捆把结束。捆线完成后绕线杆继续左移至左停止位置。该过程用时2秒。

5妊、放把。剪刀架回退到机器启动前剪刀架的初始位置，剥皮刀架回退到机器启动前剪刀架的初始位置。机架上顶出气缸缩回让机械手前进至妊位，取线夹夹线后顶出气缸推出，让机械手退回。取线夹放把，脱把完成、成品绕把自动掉入箱内。该过程用时2秒。

通过数值仿真分析。我们在产品研发过程中准确地掌握了电xx脚线 多发绕把机系统动力学及运动学特性，对于整个系统的优化设计、故障诊断与预测试验结果发挥了重要作用，实现了产品的动态优化设计。以此为依据，我们编制了绕把机整机的PLC控制程序， 有效地实现了绕把机设计性能。产品采用多发 多工位绕把，提高了生产效率，改善了操作工人的手工操作局面，大幅节省了人力-发的机型是15工位绕把，单机生产能力达U8oo万发/年，相当于瑞典戴尔诺贝尔公司同类设备产能的六倍。而价格却不到进口设备的五分之-。该机实用性强，填补了我国绕制电xx用8字型脚线绕线机的空白。