超精密機(jī)床立柱的動(dòng)態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、微納機(jī)床是進(jìn)行微納加工機(jī)床設(shè)備的總稱，其代表著一個(gè)國(guó)家最高的工業(yè)技術(shù)水平，是高端制造產(chǎn)業(yè)的重要基石，決定著國(guó)家整體制造產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響著國(guó)計(jì)民生。NVG-300微V型槽精密加工機(jī)床主要用于微V溝槽、微柱面槽、導(dǎo)光槽、背光模組及劃片等超精密加工，要求X、Z軸定位精度0.5μm，Y軸定位精度1μm，加工工件表面粗糙度小于0.01μm，主軸徑向跳動(dòng)精度0.1μm。這類加工設(shè)備廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空、航天以及微電子等領(lǐng)域，是高科技產(chǎn)品生

2、產(chǎn)加工的母機(jī)。而我國(guó)微納加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)水平與國(guó)外有很大差距，主要依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、試制樣機(jī)、安裝調(diào)試、結(jié)構(gòu)修改等，開發(fā)周期較長(zhǎng)且難以滿足高速、高精度的加工要求。因此為了在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出結(jié)構(gòu)合理、高精度、低振動(dòng)、低成本的微納米機(jī)床，必須采用先進(jìn)的CAE分析技術(shù)對(duì)納米機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析以及動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化。
　　立柱結(jié)構(gòu)是機(jī)床的主要組成部分，其動(dòng)態(tài)性能直接影響到微納機(jī)床的加工精度。本文主要針對(duì)NVG-300微納米機(jī)床的立柱結(jié)構(gòu)展開研

3、究，采用有限元分析的方法對(duì)立柱進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析及動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化，提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)剛度。主要研究工作有:微納米機(jī)床立柱的參數(shù)化CAD建模、立柱的動(dòng)態(tài)分析和模態(tài)測(cè)試（因?yàn)槟壳皸l件限制只給出模態(tài)測(cè)試方案）、立柱的動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)優(yōu)化（響應(yīng)曲面的建立、靈敏度分析、多目標(biāo)優(yōu)化）。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾部分:
　　(1)采用靜、動(dòng)態(tài)相結(jié)合的方法對(duì)微納機(jī)床的立柱進(jìn)行分析，首先對(duì)立柱的連接螺栓施加預(yù)緊力的條件下對(duì)立柱進(jìn)行靜力學(xué)分析，在此基礎(chǔ)

4、上對(duì)機(jī)床進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，研究立柱在磨削力的作用下的磨削點(diǎn)和工件之間的動(dòng)態(tài)剛度。
　　(2)對(duì)立柱結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行尺寸優(yōu)化，把結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸設(shè)置為設(shè)計(jì)變量，采用中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定有限元優(yōu)化分析的樣本，并且分別求解。
　　(3)采用響應(yīng)曲面法建立各個(gè)設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)變量之間的響應(yīng)曲面模型，建立設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)變量之間的函數(shù)關(guān)系。
　　(4)采用基于響應(yīng)曲面法的多目標(biāo)遺傳算法對(duì)立柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并對(duì)每個(gè)目標(biāo)變量進(jìn)行權(quán)