立式加工中心支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高端裝備制造業(yè)的重要組成部分。隨著我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)面臨重要戰(zhàn)略機(jī)遇，亟需加快數(shù)字化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)程，快速掌握機(jī)床結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，研究數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、分析評(píng)估、改進(jìn)優(yōu)化成為亟待解決的主要問(wèn)題。基于此，本課題提出立式加工中心支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。它是以支承件為基礎(chǔ)，通過(guò)分析涵蓋靜聯(lián)接與動(dòng)聯(lián)接的支承系統(tǒng)靜態(tài)性能，研究系統(tǒng)靜態(tài)精度對(duì)支承件位移參數(shù)的敏感程度，獲取高影響程度支承結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)或優(yōu)化其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。本課題受?chē)?guó)家科技重

2、大專(zhuān)項(xiàng)(NO.2012ZX04010011)資金支持。延續(xù)課題組所提出的支承件模型化設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和性能計(jì)算與評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)流程，研究支承系統(tǒng)的有限元靜態(tài)分析，在模擬支承系統(tǒng)位移場(chǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行支承件與靜態(tài)精度的關(guān)聯(lián)工作，提煉出支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴立式加工中心支承系統(tǒng)的有限元靜態(tài)分析。以三軸立式加工中心為研究對(duì)象，具體闡述了有限元法理論基礎(chǔ)，概括有限元靜態(tài)分析的運(yùn)算方法、計(jì)算流程和實(shí)

3、例應(yīng)用，涵蓋物理模型建立和螺釘、滾動(dòng)導(dǎo)軌副有限元等效，模擬切削載荷下機(jī)床的靜態(tài)位移場(chǎng)。⑵立式加工中心支承系統(tǒng)的敏感性分析。通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述機(jī)床支承件的相互鄰接關(guān)系，基于齊次坐標(biāo)變換描述各支承件位移參數(shù)與靜態(tài)精度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以敏感性形式完成支承件位移參數(shù)對(duì)機(jī)床靜態(tài)精度的影響程度。結(jié)果顯示，立柱是該立式加工中心支承系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。⑶立式加工中心整機(jī)靜剛度試驗(yàn)。明確了機(jī)床整機(jī)的靜剛度測(cè)試過(guò)程，包括試驗(yàn)原理、試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)過(guò)程，總結(jié)測(cè)試中的注意

4、事項(xiàng)，記錄了梯度載荷下機(jī)床的相對(duì)位移。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了支承系統(tǒng)有限元靜態(tài)分析、支承件位移參數(shù)與靜態(tài)精度關(guān)聯(lián)模型的有效性。⑷立式加工中心支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)?；诿舾行苑治鼋Y(jié)果，以支承系統(tǒng)靜態(tài)精度影響明顯的立柱為例進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，提出了結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，將該機(jī)床的刀尖最大變形量作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，兼顧支承系統(tǒng)的質(zhì)量與固有頻率，建立了支承系統(tǒng)中涉及立柱壁板和結(jié)構(gòu)單元的尺度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。最后，立式加工中心支承