基于多目標的立式精密磨床整機及關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、進入新世紀十多年以來科學(xué)技術(shù)和加工制造業(yè)發(fā)展迅猛，機床作為制造業(yè)基礎(chǔ)的關(guān)鍵設(shè)備，其設(shè)計要求越來越追求高速度、高效率、高精度和自動化、智能化。這就要求機床設(shè)備的結(jié)構(gòu)具有更加優(yōu)良的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。同時在激烈的市場競爭中，各個機床制造商必須要控制成本。通過現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計生產(chǎn)理念生產(chǎn)出高性能低成本的機床設(shè)備是各個機床制造商的必然追求。
　　 本課題來源于天津某機床廠的某型立式精密磨床，該型磨床的砂輪處在工作時相對位移量為13μm，大

2、于要求的10μm。同時磨床的某些部件又過于笨重。針對該型磨床所存在的這些問題，在本研究中運用Solidworks軟件對磨床整機關(guān)鍵部件進行簡化建模，導(dǎo)入ABAQUS有限元分析軟件中進行靜動態(tài)有限元分析。通過對有限元結(jié)果的分析找到影響磨床性能的關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)，對其進行優(yōu)化設(shè)計和輕量化設(shè)計，以解決上述問題。
　　 1、對磨床整機進行質(zhì)量分析，床身、立柱和工作臺的質(zhì)量在整機中所占比重最大在有限元結(jié)果分析中，床身和立柱也是磨床整機產(chǎn)生變

3、形的關(guān)鍵部件。所以對磨床床身和立柱進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和輕量化設(shè)計對提高磨床性能和控制成本的作用最顯著。
　　 2、對磨床的床身和立柱進行有限元仿真分析，根據(jù)有限元仿真分析的結(jié)果對床身和立柱的結(jié)構(gòu)提出改進方案。
　　 3、在確定了新型的結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，通過正交試驗對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)進行靈敏度分析，選出對結(jié)構(gòu)性能影響最顯著的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為設(shè)計變量進行定量的優(yōu)化設(shè)計計算。
　　 4、針對待優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)通過中心復(fù)合實驗設(shè)計(

4、CCD)來安排實驗，運用ABAQUS有限元軟件進行有限元仿真實驗得到實驗數(shù)據(jù)，建立床身和立柱各個結(jié)構(gòu)參數(shù)與其重量和力學(xué)性能的數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化計算中的目標函數(shù)，機床的精度要求等作為優(yōu)化計算中的約束條件建立優(yōu)化計算的數(shù)學(xué)模型。在Matlab中使用理想點法進行雙目標優(yōu)化計算，得出各個結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值，確定新型床身和立柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 5、建立新型的床身和立柱模型，取代原來的床身和立柱裝配到磨床整機模型中進行有限元仿真分析以檢驗整機