樹(shù)脂礦物復(fù)合材料精密車床床身結(jié)構(gòu)強(qiáng)化及其優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、樹(shù)脂礦物復(fù)合材料(Resin Mineral Composite)俗稱人造石，是以有機(jī)樹(shù)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(shù)脂礦物復(fù)合材料具有其特有的優(yōu)勢(shì)，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(jì)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(jī)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(guò)有限元仿真，探究樹(shù)脂礦物復(fù)

2、合材料精密車床床身的靜、動(dòng)態(tài)性能及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　對(duì)初始設(shè)計(jì)的鑄鐵床身進(jìn)行受力分析，綜合考慮工件與其他各部件的重力以及機(jī)床在加工過(guò)程中的切削力的作用，計(jì)算床身各受載表面的載荷分布可知，主軸箱以及機(jī)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(cè)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(duì)初始設(shè)計(jì)的鑄鐵床身和演化設(shè)計(jì)而來(lái)的的

3、樹(shù)脂礦物復(fù)合材料精密車床床身進(jìn)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(shí)心結(jié)構(gòu)的樹(shù)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(jì)而來(lái)的樹(shù)脂礦物復(fù)合材料精密車床床身前六階模態(tài)對(duì)應(yīng)的固有頻率較初始設(shè)計(jì)的鑄鐵床身有較高的提升，說(shuō)明采用當(dāng)前床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，樹(shù)脂礦物復(fù)合材料的靜力學(xué)性能能夠滿足精密車床對(duì)床身材料的要求。
　　通過(guò)形狀優(yōu)化模塊對(duì)初始設(shè)計(jì)的樹(shù)脂礦物復(fù)

4、合材料精密車床床身進(jìn)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(jìn)建議改進(jìn)床身內(nèi)部結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的樹(shù)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(duì)改進(jìn)后的床身進(jìn)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(duì)多個(gè)床身尺寸進(jìn)行多目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化，獲得優(yōu)化目標(biāo)對(duì)各尺寸的敏感程度以及床身最佳尺寸組合。對(duì)優(yōu)化后的床身進(jìn)行諧響應(yīng)分析，獲得床身對(duì)各方向不同頻率周期載荷的響應(yīng)。相比