精密臥式加工中心質量匹配如何設計_CNC加工中心

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前言：

作為機械制造業的基礎和先行機床工業為機械制造業提供工作母機機床工業的先進程度直接決定著機械制造業的先進程度提高先進機械系統工作性能及產品質量的關鍵就在于增進機床的動態性能 1機床系統的動態性能由其質量剛度和阻尼決定 2其整機結構動態性能很大程度上取決于支撐結構件的質量分配由于整機動態性能與各支撐結構件質量間具有鮮明的非線性特征因此優化并確定各支撐結構件質量匹配關系是機床整機結構設計的難點之一

支撐結構件質量匹配的合理性直接影響機床整機動態性能傳統機床結構設計中主要通過提高結構件剛度來保證機床整機動態性能結構件剛度提高一般通過加大筋板厚度實現其結果是機床質量的 80％用于保證剛度只有 20％用于滿足機床運動學需求 3引起材料不必要浪費針對以上問題 Kim 及Jung 等 4從提高機床靜動態剛度及減輕質量雙重角度開展支撐件結構優化設計方法研究提出一種基于靈敏度分析的結構件結構輕量化設計方法 Ronay A K 及 Deb K 等 5－6利用 NSGA－Ⅱ多目標遺傳算法以機床模型刀尖位置相對位移響應與首階固有頻率為優化目標研究含質量因素的參數優化設計方法清華大學郭壘等7以減小溜板與立柱質量為目標探索結構優化設計方法在機床整機結構剛度不降低的前提下最終使整機質量下降 312kg 然而上述方法都是以保證剛度為前提以機床質量減輕為首要考慮目標對整機各支撐結構件間質量匹配關系考慮不足因此難以保證整機動態性能最優

針對以上問題文中探索基于響應面和多目標遺傳算法的支撐結構件質量匹配設計方法該方法核心內容為首先以首階固有頻率及機床各運動向的動柔度為設計目標建立優化數學模型其次基于試驗設計采用修改結構密度的方法實現質量修改并以有限元法計算試驗樣本點在上述工作基礎上構建整機結構質量匹配設計二階響應面模型利用多目標遺傳算法進行循環逼近尋優在得到的 Pareto 最優解集中選擇支撐件最優質量匹配關系最后以優化后的質量為約束指導結構修改

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結束語：

機床支撐結構件質量分配關系對整機結構動態性能有著重要影響在機床結構設計初期特別是在方案設計階段發現合理的結構件質量分配關系可有效避免后續詳細設計與結構修改之間的反復提升設計效率文中利用響應面法及多目標遺傳算法提出了一種面向臥式加工中心的支撐結構件質量匹配設計方法并以某臥式加工中心立柱組件為實例驗證所提設計方法的正確性及可行性質量匹配后有限元仿真結果證明通過立柱組件各支撐結構件質量匹配優化總體質量減少 412 kg 情況下首階固有頻率提高 2．268％向和向動柔度分別下降 10．032％及 6．298％立柱組件動態性能明顯提高

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2021-09

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