概念設計階段加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量的優(yōu)化方法
文章預覽： 加工中心是現(xiàn)代機械制造工業(yè)中的工作母機m,其良好的性能取決于完善的加工中心設計方法。加工中心的傳統(tǒng)設計方法大多是經(jīng)驗設計或者模仿設計 ，重點只是關(guān)注于滿足加工中心的靜態(tài)性能要求。然而，如今機械產(chǎn)品日益多樣化的需求對加工中心的柔性、精度等性能的要求越來越高，這種局限于加工中心靜態(tài)性能要求的傳統(tǒng)設計方法己經(jīng)不能滿足精密產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。加工中心的設計理念需要與時俱進，關(guān)注加工中心動態(tài)特性[1]的動態(tài)分析設計方法應該普遍推廣。目前，加工中心動態(tài)特性的研究主要集中于加工中心結(jié)構(gòu)動力分析和加工中心結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計 。加工中心固有動態(tài)特性主要包括固有頻率、模態(tài)振型等，其中固有頻率對加工中心抗振性能、加工效率有著顯著影響，是加工中心動力分析和優(yōu)化設計的重要組成部分。加工中心基礎(chǔ)大件包括床身、工作臺、立柱、滑鞍、主軸箱，基礎(chǔ)大件的設計是加工中心設計的重中之重。在眾多影響基礎(chǔ)大件設計的因素中，基礎(chǔ)大件的質(zhì)量與加工中心的固有頻率密切相關(guān)，是影響加工中心性能的關(guān)鍵因素。基礎(chǔ)大件質(zhì)量分布不合理會導致加工中心剛度分布不均勻，進而影響加工中心的加工性能。由于傳統(tǒng)加工中心設計方法主要沿用靜態(tài)設計方法，采用理論力學、材料力學對加工中心部件進行強度和剛度設計，通常賦予加工中心結(jié)構(gòu)較大的安全系數(shù)，導致加工中心結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量過大，影響加工中心的動態(tài)性能?！ 鴥?nèi)外學者和研宄機構(gòu)對加工中心的動態(tài)特性開展了大量的研究。例如：文獻[5]采用有限元方法建立了加工中心動力學模型，運用廣義模態(tài)函數(shù)和廣義剛度場函數(shù)分析了加工中心動態(tài)特性隨工作空間變化的規(guī)律，在一定程度上優(yōu)化了加工中心的加工工藝；文獻[6]考慮了加工中心結(jié)合面對加工中心動態(tài)特性的影響，優(yōu)化了加工中心結(jié)合面的薄弱環(huán)節(jié)，提高了加工中心的動態(tài)特性；文獻[7]提出了一種將響應面模型和多目標遺傳算法相結(jié)合的設計方法，對加工中心立柱參數(shù)進行了優(yōu)化設計；文獻[8]建立了加工中心固有頻率與加工中心部件位置的模型，并應用該模型分析和預測了加工中心部件位置變化對固有頻率的影響。但是，這些方法沒有有效地將加工中心動態(tài)特性與基礎(chǔ)大件質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，沒有將基礎(chǔ)大件的質(zhì)量作為設計變量進行加工中心方案設計，也沒有涉及基礎(chǔ)大件質(zhì)量對加工中心動態(tài)性能的影響規(guī)律，因此，有必要對加工中心基礎(chǔ)大件的質(zhì)量進行主動設計?！ ”疚奶岢鲆环N在加工中心結(jié)構(gòu)設計之前的加工中心整體方案設計方法，用于在概念設計階段合理分配加工中心基礎(chǔ)大件的質(zhì)量。首先，利用集中參數(shù)法建立加工中心動態(tài)特性的等效模型，使用拉格朗日方程建立加工中心的動力學方程，求解出加工中心一階固有頻率與加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量的隱式關(guān)系，進而對加工中心的動態(tài)特性進行分析；然后，對加工中心一階固有頻率和基礎(chǔ)大件質(zhì)量進行中心組合試驗設計，運用響應面分析方法中的二次多項式擬合得到加工中心一階固有頻率與加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量的顯式關(guān)系，并以該響應面模型作為優(yōu)化設計的目標函數(shù)，以機床基礎(chǔ)大件質(zhì)量的上、下限為約束條件，使加工中心的一階固有頻率達到******，對加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量進行優(yōu)化設計；最后，運用該方法完成了對TGK46100精密坐標鏜床基礎(chǔ)大件質(zhì)量的優(yōu)化設計。備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試！結(jié)束語： (1) 本文建立了加工中心動態(tài)特性的集中參數(shù)等效動力學模型，利用該模型能夠快速地對加工中心進行動力學分析，計算效率高。構(gòu)建了加工中心一階固有頻率與加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量的二次多項式響應面模型，利用該模型完成了加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量的優(yōu)化設計，在提高加工中心動態(tài)性能的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了基礎(chǔ)大件的質(zhì)量分布，實現(xiàn)了加工中心的輕量化設計。 (2) 根據(jù)本文方法，通過精密坐標鏜床基礎(chǔ)大件質(zhì)量優(yōu)化設計實例，驗證了該模型的正確性和有效性。質(zhì)量優(yōu)化設計結(jié)果與原始設計方案相比，一階固有頻率最高值提高了 3.86%，基礎(chǔ)大件總質(zhì)量******值減小了 9.3%。從優(yōu)化結(jié)果可以看出，本文方法實現(xiàn)了加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量的優(yōu)化設計。本文的研究可以為加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量的優(yōu)化分布設計提供參考，但是對加工中心結(jié)合面的處理方法比較簡單，有待后續(xù)深入研宄。同時本文提出的加工中心基礎(chǔ)大件質(zhì)量優(yōu)化方法只是針對加工中心整體設計方案的，而后續(xù)的加工中心基礎(chǔ)大件結(jié)構(gòu)詳細設計方法對加工中心性能的提升也至關(guān)重要