在石化行业,大型压力容器的法兰面密封槽在线修复处理难度极大,而离线修复时,投入的人力、物力又太大,停产时间长,对工业生产影响大。BX0型镗铣床就是针对这一问题进行研究而专门设计的在线修复数控机床。论文以BX0型镗铣床为研究对象,利用有限元方法分析论证了机床关键零部件的强度、刚度、振动及结构优化等问题,主要内容如下:(1)对机床关键件(卡环、转臂、刀架)进行结构分析,在保证反映实际结构力学性能的前提下,对三维模型进行一定的简化处理,利用Pro/E建立参数化实体模型,并通过专用接口导入ANSYS中,以建立关键件的有限元模型,较好解决了复杂模型在ANSYS中直接建模不便的问题,真正实现了CAD/CAE的无缝连接。(2)针对卡环实际工作中常见的竖直和水平工况进行了静态性能分析,得到其在不同工况下的应力、变形云图及其应力、变形最大的危险位置,以此初步判断该零件完全能够支撑整机正常工作。(3)对转臂进行模态分析和谐响应分析,以确定转臂在约束条件下的固有频率和振型,分析其动力响应位移,以此来评价转臂的动态特性,为其结构改进提供参考依据。在此基础上进行了拓扑优化设计,有效减轻了转臂的质量,并提高了其有效刚度。(4)基于螺栓连接结合部、导轨结合部的理论建模原理和方法,通过弹簧—阻尼单元建立动力学模型,对刀架中涉及的结合部进行了模拟分析,获得了组合结构的动态性能参数。(5)对卡环进行灵敏度分析,筛选出重要参数并确定各参数的合理变化范围,最后以重要参数为设计变量,以应力值和变形量为约束条件,以卡环总体积为目标,进行轻量化设计,减重效果显著。本文所开展的工作,有效降低了机床的总体质量,提高了机床的有效刚度,验证了机床具有较好的抗振性能,对提高BX0型镗铣床的静动态性能有直接的指导作用,修复较大直径的法兰时,可采用较大的切削动力,以提高机床的加工效率,缩短修复加工时间,为工厂争取最大的经济效益和社会效益。同时,本文的研究对同类机床关键件的改进设计有一定的参考价值。