機床部件減重優(yōu)化設計方法.pdf

1、機床行業(yè)是國家工業(yè)振興的基本。機床是加工機器的機器由若干部件裝配而成，研究機床部件尤其是運動部件改進設計方法是提高機床工作性能一個重要研究方向。目前機床運動部件設計方法的核心問題為減重優(yōu)化。減重優(yōu)化即在理論指導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，從而使機床實現(xiàn)節(jié)能低耗并提高機床加工效率，順應現(xiàn)今機床發(fā)展趨勢。本文主要工作如下：
　　⑴闡述結構與材料統(tǒng)籌優(yōu)化設計方法改進案例中工作臺的外形與原理。簡化工作臺設計細節(jié)并

2、建立分析模型。并以該分析模型對原有工作臺結構進行靜力分析、模態(tài)分析。研究數(shù)值仿真分析結果表明:工作臺在靜力作用下以Z方向的位移為主;其的一、二階模態(tài)對精度有不良影響。
　?、茝慕Y構與材料統(tǒng)籌設計方法出發(fā)，同時借鑒泡沫夾層板結構形式，提出以“廣義泡沫夾層板”形式的統(tǒng)籌優(yōu)化方法來實現(xiàn)工作臺減重優(yōu)化設計。從設計原則、整體設計、內(nèi)部加筋設計、工藝結構設計、工藝流程設計五個方面詳細闡述了運用結構與材料統(tǒng)籌設計方法進行工作臺減重優(yōu)化的過程。對

3、改進的工作臺模型進行靜力分析、模態(tài)分析、阻尼分析并將分析結果與上文中原模型分析結果進行對比。分析表明:靜力分析結果指出改進的工作臺在靜力性能上與原工作臺基本一致;模態(tài)分析結構表明原模型中對加工精度產(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，新設計方案使機床工作臺減重15.6％。從而證明材料與結構統(tǒng)籌設計方法能實現(xiàn)減重優(yōu)化，并且可運用于實際工業(yè)設計中。
　?、翘岢鲆粋€優(yōu)化設計的新問題:假設機床安裝有數(shù)控補償裝

4、置(CNCCompensation System)，機床運動部件可不必追求高剛度設計，在滿足必要的結構剛度前提下適當放松剛度要求，轉(zhuǎn)而要求某關鍵區(qū)域內(nèi)位移趨于均勻，從而使數(shù)控補償裝置容易進行誤差補償。對機床運動部件的剛度要求降低材料的用量變少從而實現(xiàn)減重優(yōu)化設計。為定量描述關鍵區(qū)域內(nèi)位移趨于均勻化程度，本文提出一個新的優(yōu)化概念，即（最小）位移離散度（Displacement Dispersion Optimization簡稱DDO）。對

5、位移離散度優(yōu)化的多個算例展開了討論，本文討論的算例有對一維懸臂梁、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)化結果有以下若干結論：①與結構剛度優(yōu)化相比位移離散度優(yōu)化有放松結構剛度提高區(qū)域位移變化平穩(wěn)程度的效果;②優(yōu)化設計區(qū)域一定時，位移離散度優(yōu)化設計結果在不考慮結構深度（厚度）情況下，對稱結構的優(yōu)化結果僅與載荷等效作用點有關，與載荷作用范圍無關;③優(yōu)化設計區(qū)域的選定對優(yōu)化結果影響非