高速臥式加工中心靜動態(tài)性能分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、加工過程中的振動問題是造成機床精度下降的主要原因，振動劇烈時甚至?xí)绊懙綑C床的使用性能，降低機床的壽命。機床關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及布局直接影響到整機的加工精度，如何在降低機床質(zhì)量的前提下，保證或改善機床的靜動態(tài)性能已成為當(dāng)前機床結(jié)構(gòu)件優(yōu)化研究的熱點。本文依托“國家十二五科技支撐計劃課題”，以 HMC-63h高速臥式加工中心為研究對象，通過理論模型分析、有限元建模等方法，研究機床中的主要結(jié)構(gòu)件立柱、滑鞍、床身對整機靜動態(tài)性能的影響，提出了

2、零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，并進行優(yōu)化設(shè)計。主要內(nèi)容如下：
　　(1)從機床結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論出發(fā)，完成了多自由度阻尼系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)分析，并采用彈簧-阻尼單元對機床中的滑動導(dǎo)軌結(jié)合面、立柱與床身之間的螺栓固定結(jié)合面進行模擬，建立了整機的有限元等效動力學(xué)模型，為后續(xù)機床靜動態(tài)性能的分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　(2)通過對整機進行模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析，識別出立柱是影響整機動態(tài)性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。以立柱為優(yōu)化對象，提出了一種基于拓?fù)鋬?yōu)化、筋

3、板優(yōu)選與尺寸優(yōu)化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，并設(shè)計出了一種帶有W形筋板結(jié)構(gòu)的立柱優(yōu)化方案。通過對比優(yōu)化前后立柱單件及整機的靜動態(tài)性能，驗證了該優(yōu)化結(jié)構(gòu)的有效性。
　　(3)根據(jù)靈敏度分析結(jié)果獲得了對滑鞍結(jié)構(gòu)動態(tài)性能影響較大的尺寸參數(shù)，并采用響應(yīng)面優(yōu)化方法對這些尺寸參數(shù)進行優(yōu)化。分析結(jié)果表明，在不影響機床靜動態(tài)性能的前提下，按優(yōu)化后的尺寸參數(shù)設(shè)計的滑鞍結(jié)構(gòu)其質(zhì)量減輕了7％，這有效的降低了機床的能耗，改善了機床運動零部件系統(tǒng)的靈活性與加速性