大型數控回轉工作臺的有限元分析與優化設計研究

程 志

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

隨著機床加工的要求逐漸提升，機床的承載力也越來越受到重視，在加工作業過程中，機床本身會承載機床的主軸能帶來的作用力，從而造成機床的變形，在變形的機床加工下，生產出來的產品會存在著很大的質量隱患，因此，要通過有限元方法實現對機床加工性能的有效保障，

1 有限元分析理論

1.1 有限元模態分析理論

有限元模態分析主要是運用線性分析進行固定頻率的分析，它同時也是進行承受動態載荷的一個重要的參數，有限元模態分析是在坐標之間來回變換的過程，從而實現整個動態系統的參數，在進行模態分析的過程中，會受到一些外部的影響，這個外部因素就是阻力，但是這些因素還不足以對其產生巨大影響，因此可以進行忽略。

1.2 有限元靜力學分析理論

靜力學分析與固定的邊界條件和固定載荷具有重要聯系，對固定載荷來說，它是在整個有限元中固定存在的，是不會隨著任何條件的辯護而變化，但對單純的固定載荷來說，它確實變化著的，只不過是在慢速度中不能夠對其變化進行直觀的發現而已。在進行靜力學研究時要從多方面進行考慮：第一，要對它的應變和位置的移動，進行充分的認識，并且它內部的微元體是存在著幾何關系的，可以就問題進行方程式的表達，用矩陣平面問題來進行幾何方程的運算，也可以運用指教坐標系進行解答，從而在這些變量中了解位移的分量。第二，從應力及力平衡方程進行有效的認識，要想實現有效的認識，可以就問題進行相應的實踐，并將其置于坐標軸內，利用坐標平面形成對應用力的認識。

2 工作臺整體優化設計分析

2.1 工作臺結構形式的選型與改進

對于工作的布置通常都是用筋板進行的，這些筋板具有著不同的形狀，此處主要從井字型筋板和放射型筋板相結合的方法，展開探究，對于工作臺的承載力來說，不論是何種筋板都會發生變形，而且變形程度最大的地方就是四角，在四個角的下面是沒有支撐物的，所以在進行力的傳輸時，只能運用筋板進行傳輸給環形導軌，在承重情況下工作臺的變形會沿著導軌進行變化，所以要將筋板的布置該為環形和放射形鋼板相結合的方法進行四角的支撐，從而對變形情況進行控制。

2.2 選取優化設計變量

在工作臺中，筋板的作用是巨大的，所以，對于筋板來說要對布置方式進行改變，不同筋板的分布方式是不同的，所以，對于環形筋板與放射形筋板的的外徑與厚度，要進行變量控制，將環形筋板與放射形筋板能夠實現均勻規范分布，在進行優化的過程中，要對實驗方法進行適當選擇，對于設計變量因素，要給予適當的水平。

2.3 建立目標函數

對于目標函數來說，要對工作臺中的模態分析等進行重點的把握，建立相關的優化函數，對于模態分析來說，具有著固有頻率，并且每一個頻率都具有著加權系數。

2.4 工作臺結構優化的過程

對工作臺的優化要從多個要素角度分析，不同的因素具有不同的水平，要根據因素的水平進行結構參數的修改，對新的結構形式進行充分的認識，從而實現力學分析。對不同的動力學結果來說，會存在不同的目標函數，在進行函數運算的過程中，可采用正交實驗法，在進行充分的分析后，對不同的因素結果進行細致的分析，從而描述設計變量的重要程度。對于重要程度的函數值劃分來說，其實更多的是工作臺的剛度，在進行筋板選擇時，要選擇一些外徑和內徑適中的環形筋，從而實現工作臺的優化。

3 結語

綜上所述，在回轉工作臺分析結構優化的過程中，要根據相應的理論和準則進行系統性的優化，并對結構設計參數進行優化研究，從而形成對整個工作臺的優化設計。并對固定頻率進行了大幅度提高，從而使整機的剛度進行有效的提高，最終實現加工效率和精度的有效提升。