考虑机床动态性能的床身元结构二次优化方法

发布时间：2019-10-23 21:49

【摘要】：通常在机床零件的拓扑结构形式确定以后,单纯的尺寸优化往往难以取得较好的效果。以某卧式加工中心的床身结构为研究对象,提出了一种在元结构优化分析的基础上对结构整体进行二次优化的方法。首先根据床身结构特点提取其元结构进行优化分析,按优化得到的圆形与椭圆形出砂孔尺寸参数对床身结构进行重新设计。然后采用响应面优化方法,将元结构分析的尺寸参数在床身整体结构中进行进一步优化研究。分析表明,在结构质量变化极小的前提下,单纯的元结构优化设计的床身能够改善结构单件及整机的动态性能,但改善幅度较小;而床身整体结构二次优化后其基频提高的幅度约是前者提高幅度的3倍,同时使得整机参考点在X方向的最大响应幅值降低55.2%,Y方向降低83.9%,Z方向降低82.8%。
【图文】：

参数又会使得其灵敏度计算繁琐，计算量相应增大。因此，在变量参数较少时单纯对结构进行尺寸优化难以取得较好的优化效果。本文以某卧式加工中心的床身结构为研究对象，提出在元结构方法优化分析的基础上对床身结构整体进行二次优化的方法。该方法优化的尺寸参数变量少，，容易实现，并且较单纯的元结构优化能够进一步提高床身结构的动态性能，同时使得机床整机的动态性能更优，有效地提高机床的稳定性与抗振能力。1机床结构与结合面建模1.1机床结构本文所研究的机床为带交换工作台的卧式加工中心，其整机结构如图1所示。1.2机床结合面的建模为了更准确的对整机动态性能进行分析，需建立包含机床结合面的整机等效动力学模型，通常采图1某卧式加工中心整机结构图Fig．1Structureofhorizontalmachiningcenter1．主轴箱2．主轴3．工作台4．交换机构5．床身6．滑动导轨7．滚轴丝杠8．立柱9．滑鞍用弹簧-阻尼单元来模拟结合面的动态性能。机床中常见的结合面有滑动导轨结合面与螺栓固定结合面。图2是采用弹簧-阻尼单元对这两种类型的结合面进行模拟的示意图。图2结合面采用弹簧-阻尼单元模拟示意图Fig．2Simulationofcontactsurfacewithspring-damperunit(a)滑动导轨连接(b)螺栓连接建立包含结合面的整机等效动力学模型后，其等效弹簧刚度与阻尼的识别需依赖于实验。通过测出系统的频响函数，分析得出其等效参数。由于本文研究的机床暂时没有物理样机，实验研究困难，因此采用本课题组开发的数据库(图3)来获取结合面之间的等效动力学参数，这在文献［14］中已得到了相关的应用，并且精度较高。获取的机床主要结合面等效动力学参数如图4所示。图3机床结合面静动态分析数据库界面Fig．3Databaseofmachinetoolcontactsurfa

靥岣呋

本文编号：2552257