樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身結(jié)構(gòu)強化及其優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、樹脂礦物復(fù)合材料(Resin Mineral Composite)俗稱人造石，是以有機樹脂粘合天然花崗石顆粒制備的新型復(fù)合材料。相比于傳統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件材料而言，樹脂礦物復(fù)合材料具有其特有的優(yōu)勢，除較高的復(fù)雜外型成型能力外，其優(yōu)越的阻尼減振性能、良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性也逐漸受到設(shè)計人員青睞。以上諸多優(yōu)良特征使其非常適于制造精密設(shè)備基礎(chǔ)部件，如高速和精密加工機床的床身、醫(yī)療設(shè)備以及光學(xué)設(shè)備的底座等。本文通過有限元仿真，探究樹脂礦物復(fù)

2、合材料精密車床床身的靜、動態(tài)性能及其優(yōu)化設(shè)計。
　　對初始設(shè)計的鑄鐵床身進行受力分析，綜合考慮工件與其他各部件的重力以及機床在加工過程中的切削力的作用，計算床身各受載表面的載荷分布可知，主軸箱以及機床尾座的安裝表面受到均布載荷的作用，而床身兩條導(dǎo)軌的上表面和側(cè)面受到漸變載荷的作用。選定材料配方制作標(biāo)準(zhǔn)樣塊，測得材料相關(guān)性能參數(shù)，以備有限元仿真使用。
　　利用ANSYS Workbench對初始設(shè)計的鑄鐵床身和演化設(shè)計而來的的

3、樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身進行標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)構(gòu)仿真。結(jié)果表明，在同樣的載荷與邊界條件下，實心結(jié)構(gòu)的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身靜力學(xué)性能優(yōu)于鑄鐵床身，表現(xiàn)為較小的變形以及應(yīng)力水平。由模態(tài)分析結(jié)果可知，演化設(shè)計而來的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身前六階模態(tài)對應(yīng)的固有頻率較初始設(shè)計的鑄鐵床身有較高的提升，說明采用當(dāng)前床身結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，樹脂礦物復(fù)合材料的靜力學(xué)性能能夠滿足精密車床對床身材料的要求。
　　通過形狀優(yōu)化模塊對初始設(shè)計的樹脂礦物復(fù)

4、合材料精密車床床身進行基于應(yīng)力分布的形狀優(yōu)化，參照優(yōu)化結(jié)果給出的結(jié)構(gòu)改進建議改進床身內(nèi)部結(jié)構(gòu)。改進后的樹脂礦物復(fù)合材料精密車床床身在保證靜力學(xué)性能的前提下床身總質(zhì)量減少18％，節(jié)約生產(chǎn)成本。利用SCDM對改進后的床身進行尺寸的參數(shù)化管理，并以床身質(zhì)量最小、變形最小、應(yīng)力最小為目標(biāo)對多個床身尺寸進行多目標(biāo)驅(qū)動優(yōu)化，獲得優(yōu)化目標(biāo)對各尺寸的敏感程度以及床身最佳尺寸組合。對優(yōu)化后的床身進行諧響應(yīng)分析，獲得床身對各方向不同頻率周期載荷的響應(yīng)。相比