五軸電火花成形機運動構(gòu)件的瞬態(tài)動力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、在我國，航空航天、精密模具、發(fā)電設(shè)備及汽車等許多制造領(lǐng)域，有很多高精度、高熔點、高硬度、高韌性、高強度以及高脆性等難切削材料的零件需要通過多軸聯(lián)動的電火花成形機床進行加工。然而，在我國多軸聯(lián)動電火花成形機床的發(fā)展比較落后，制約了我國航空航天、汽車及模具等制造行業(yè)的發(fā)展。
　　 現(xiàn)階段，國內(nèi)市場上的多軸電火花成形機大都是四軸三聯(lián)動的，存在加工質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率低、工藝范圍窄和智能化程度低等缺陷?？傮w上，制約我國電火花成形機床發(fā)展

2、的因素主要是控制系統(tǒng)、工藝數(shù)據(jù)庫和機床剛性三個方面。其中，提高機床的剛性就可以實現(xiàn)瞬間快速抬“刀”(電極)，而這將會大大提高加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和拓寬工藝范圍，再加上聯(lián)動軸數(shù)的增加，使得加工一些非常復(fù)雜的型面不再是問題。因而對多軸電火花成形機的研究將會使得我國許多行業(yè)再次迎來新的快速發(fā)展，那么對機床的剛性分析顯得非常必要。
　　 蘇州電加工機床研究所有限公司研發(fā)的三軸電火花成形機已經(jīng)具備一定的精密性，但也存在自動化低和剛性較差等缺陷

3、，然而如用常規(guī)設(shè)計方法研發(fā)新產(chǎn)品時研發(fā)周期會太長。為此，本課題提出利用CAD/CEA協(xié)同仿真的設(shè)計方法對五軸成形機床進行剛性分析并提高它來縮短研發(fā)周期。運動軸的精度決定了機床的精度，并且機床的剛性主要受運動軸的動態(tài)特性影響。針對該問題本課題對五軸電火花成形機中由X、Y、Z和C軸組成的運動構(gòu)件進行瞬態(tài)動力學(xué)分析并進行零部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及參數(shù)的確定性分析。本課題主要進行了如下工作：
　　 首先，利用Pro/E建立組成構(gòu)件的零件模型和構(gòu)

4、件的組裝模型；分析機床主軸頭的受載情況并利用ANSYS Workbench對該構(gòu)件模型進行瞬態(tài)動力學(xué)分析；分析動態(tài)載荷引起構(gòu)件模型的位移和應(yīng)力的響應(yīng)曲線以及云圖。
　　 然后，根據(jù)分析結(jié)果顯示的構(gòu)件中托板和滑枕剛性較差，對施加了等效動載荷和邊界約束的兩個零件進行了初步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及對整個構(gòu)件模型進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化；通過分析零件和構(gòu)件模型的目標(biāo)參數(shù)的靈敏度，得到了一組使得構(gòu)件結(jié)構(gòu)最優(yōu)的參數(shù)。
　　 最后，由于優(yōu)化過程中引入的尺寸

5、參數(shù)具有一定的隨機性和不確定性，因而對前面內(nèi)容得到的參數(shù)進行了參數(shù)確定性分析，依據(jù)參數(shù)的統(tǒng)計分布概率值分析參數(shù)用于實際設(shè)計的可信程度，從而進一步提高優(yōu)化后參數(shù)值的可靠性。
　　 通過本課題的工作，使得該運動構(gòu)件的最大位移降低6．99％(剛性提高6．99％)、質(zhì)量降低2．767％(成本降低2．67％)和最大應(yīng)力降低了12．24％，預(yù)期達到了提高機床的剛性、降低成本和縮短產(chǎn)品研發(fā)周期的目的。通過實際實驗，其結(jié)果佐證了仿真結(jié)果是具有可