高速立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)的可靠性及優(yōu)化研究.pdf

1、作為制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),高速立式加工中心已成為制造業(yè)的高新技術(shù)發(fā)展方向之一。提高加工中心的工作性能,不僅要求加工中心具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能,還要具有高可靠度的保障才能進(jìn)行周期長(zhǎng)高效率地工作。為此,對(duì)高速加工中心進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)性能、可靠性的研究已成為設(shè)計(jì)研究的必要環(huán)節(jié)。加工中心進(jìn)給系統(tǒng)是機(jī)床的關(guān)鍵部位,直接影響整個(gè)機(jī)床的加工性能。本課題的研究可以最大程度地提高進(jìn)給系統(tǒng)性能和抗共振的可靠度,所做的研究可以為加工中心的其他部件及整機(jī)的性能

2、分析提供了技術(shù)支持。
　　 國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)可靠性及優(yōu)化的研究與工程應(yīng)用已取得了很多的進(jìn)展,但對(duì)加工中心進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析、抗共振可靠性和優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究還仍然有許多理論和技術(shù)問題需要解決。
　　 結(jié)合國(guó)家項(xiàng)目,本文是對(duì)DVG850高速立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析、抗共振可靠性分析及優(yōu)化問題的研究。根據(jù)收集到某企業(yè)生產(chǎn)的加工中心在實(shí)際使用過程中的故障數(shù)據(jù),分析得出進(jìn)給系統(tǒng)是引起加工中心發(fā)生故障的主要部位之一,其中加

3、工精度超差是引起進(jìn)給系統(tǒng)發(fā)生故障的主要因素。而機(jī)床在進(jìn)行加工時(shí),由共振引起的振動(dòng)是導(dǎo)致加工精度超差的主要因素之一。
　　 針對(duì)加工中心進(jìn)給系統(tǒng)這一薄弱環(huán)節(jié)及其失效原因,根據(jù)加工中心的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合DVG850高速立式加工中心電主軸轉(zhuǎn)速的實(shí)際加工情況,以X軸方向?yàn)槔O(shè)計(jì)出了網(wǎng)筋結(jié)構(gòu)、直筋結(jié)構(gòu)、斜筋結(jié)構(gòu)和斜圓筋結(jié)構(gòu)的四種結(jié)構(gòu)類型的高速立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)模型?；贏NSYSWorkbench12.0的軟件平臺(tái)對(duì)該四種結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)模型

4、進(jìn)行了靜態(tài)特性分析,分析得出該四種模型結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)的各方向的變形量,計(jì)算出四種進(jìn)給系統(tǒng)的靜剛度并進(jìn)行各個(gè)方向剛度的對(duì)比分析,選出最優(yōu)模型,結(jié)果表明,在加工中心X方向進(jìn)給系統(tǒng),其網(wǎng)筋結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)模型的靜剛度最大。
　　 對(duì)網(wǎng)筋結(jié)構(gòu)、直筋結(jié)構(gòu)、斜筋結(jié)構(gòu)和斜圓筋結(jié)構(gòu)的四種結(jié)構(gòu)類型的高速立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)模型進(jìn)行可靠性概率設(shè)計(jì),得出了四種進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的前8階固有頻率及相應(yīng)的陣型圖,經(jīng)分析得出,網(wǎng)筋結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)的前三階固有頻率值最高

5、。引用了模糊可靠性理論,建立隸屬函數(shù),在提取模態(tài)頻率后,將模糊函數(shù)的隸屬函數(shù)編制的APDL語言程序應(yīng)用到可靠度分析計(jì)算中進(jìn)行抽樣,計(jì)算出四種結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)模型的抗共振的模糊可靠度,經(jīng)分析得出,四種結(jié)構(gòu)類型的抗共振的模糊可靠度最大的是網(wǎng)筋結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng),即為98%。綜合分析可得出網(wǎng)筋結(jié)構(gòu)的進(jìn)給系統(tǒng)的靜態(tài)特性與抗共振的可靠性比其它三種結(jié)構(gòu)類型更優(yōu)。
　　 運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化理論,對(duì)高速立式加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)最優(yōu)模型網(wǎng)筋結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)

6、化設(shè)計(jì),為了提高該進(jìn)給系統(tǒng)的抗共振的可靠度,在拓?fù)鋬?yōu)化時(shí)設(shè)定以前3階固有頻率的加權(quán)平均函數(shù)為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù),體積為約束函數(shù)。得出拓?fù)鋫蚊芏仍茍D,并結(jié)合加工中的裝配尺寸的情況,對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行材料布局的改進(jìn),設(shè)計(jì)出了優(yōu)化后的新模型,提高進(jìn)給系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。
　　 對(duì)優(yōu)化后的高速立式加工中心進(jìn)給系統(tǒng)模型進(jìn)行靜態(tài)特性分析,并將其分析結(jié)果靜剛度與優(yōu)化前的模型靜剛度進(jìn)行對(duì)比分析,其X方向的靜剛度提高了10.3%,在Y方向的靜剛度提高了