機(jī)床部件減重優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.pdf

1、機(jī)床行業(yè)是國(guó)家工業(yè)振興的基本。機(jī)床是加工機(jī)器的機(jī)器由若干部件裝配而成，研究機(jī)床部件尤其是運(yùn)動(dòng)部件改進(jìn)設(shè)計(jì)方法是提高機(jī)床工作性能一個(gè)重要研究方向。目前機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)方法的核心問題為減重優(yōu)化。減重優(yōu)化即在理論指導(dǎo)下合理配置部件材料布局，保證精度的前提下減輕部件重量，從而使機(jī)床實(shí)現(xiàn)節(jié)能低耗并提高機(jī)床加工效率，順應(yīng)現(xiàn)今機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)。本文主要工作如下：
　?、抨U述結(jié)構(gòu)與材料統(tǒng)籌優(yōu)化設(shè)計(jì)方法改進(jìn)案例中工作臺(tái)的外形與原理。簡(jiǎn)化工作臺(tái)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)并

2、建立分析模型。并以該分析模型對(duì)原有工作臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析、模態(tài)分析。研究數(shù)值仿真分析結(jié)果表明:工作臺(tái)在靜力作用下以Z方向的位移為主;其的一、二階模態(tài)對(duì)精度有不良影響。
　?、茝慕Y(jié)構(gòu)與材料統(tǒng)籌設(shè)計(jì)方法出發(fā)，同時(shí)借鑒泡沫夾層板結(jié)構(gòu)形式，提出以“廣義泡沫夾層板”形式的統(tǒng)籌優(yōu)化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)減重優(yōu)化設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)原則、整體設(shè)計(jì)、內(nèi)部加筋設(shè)計(jì)、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)五個(gè)方面詳細(xì)闡述了運(yùn)用結(jié)構(gòu)與材料統(tǒng)籌設(shè)計(jì)方法進(jìn)行工作臺(tái)減重優(yōu)化的過程。對(duì)

3、改進(jìn)的工作臺(tái)模型進(jìn)行靜力分析、模態(tài)分析、阻尼分析并將分析結(jié)果與上文中原模型分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。分析表明:靜力分析結(jié)果指出改進(jìn)的工作臺(tái)在靜力性能上與原工作臺(tái)基本一致;模態(tài)分析結(jié)構(gòu)表明原模型中對(duì)加工精度產(chǎn)生不良影響的一階模態(tài)的消失，其余模態(tài)的模態(tài)頻率有所提升。于此同時(shí)，新設(shè)計(jì)方案使機(jī)床工作臺(tái)減重15.6％。從而證明材料與結(jié)構(gòu)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)方法能實(shí)現(xiàn)減重優(yōu)化，并且可運(yùn)用于實(shí)際工業(yè)設(shè)計(jì)中。
　?、翘岢鲆粋€(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新問題:假設(shè)機(jī)床安裝有數(shù)控補(bǔ)償裝

4、置(CNCCompensation System)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件可不必追求高剛度設(shè)計(jì)，在滿足必要的結(jié)構(gòu)剛度前提下適當(dāng)放松剛度要求，轉(zhuǎn)而要求某關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)位移趨于均勻，從而使數(shù)控補(bǔ)償裝置容易進(jìn)行誤差補(bǔ)償。對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的剛度要求降低材料的用量變少?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)減重優(yōu)化設(shè)計(jì)。為定量描述關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)位移趨于均勻化程度，本文提出一個(gè)新的優(yōu)化概念，即（最小）位移離散度（Displacement Dispersion Optimization簡(jiǎn)稱DDO）。對(duì)

5、位移離散度優(yōu)化的多個(gè)算例展開了討論，本文討論的算例有對(duì)一維懸臂梁、一維兩端固支粱、二維四端固支板以及二維兩端固支小寬度深梁。分析位移離散度優(yōu)化算例，發(fā)現(xiàn)位移離散度優(yōu)化結(jié)果有以下若干結(jié)論：①與結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化相比位移離散度優(yōu)化有放松結(jié)構(gòu)剛度提高區(qū)域位移變化平穩(wěn)程度的效果;②優(yōu)化設(shè)計(jì)區(qū)域一定時(shí)，位移離散度優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果在不考慮結(jié)構(gòu)深度（厚度）情況下，對(duì)稱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果僅與載荷等效作用點(diǎn)有關(guān)，與載荷作用范圍無(wú)關(guān);③優(yōu)化設(shè)計(jì)區(qū)域的選定對(duì)優(yōu)化結(jié)果影響非