基于多目標(biāo)的立式精密磨床整機(jī)及關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、進(jìn)入新世紀(jì)十多年以來科學(xué)技術(shù)和加工制造業(yè)發(fā)展迅猛，機(jī)床作為制造業(yè)基礎(chǔ)的關(guān)鍵設(shè)備，其設(shè)計要求越來越追求高速度、高效率、高精度和自動化、智能化。這就要求機(jī)床設(shè)備的結(jié)構(gòu)具有更加優(yōu)良的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。同時在激烈的市場競爭中，各個機(jī)床制造商必須要控制成本。通過現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計生產(chǎn)理念生產(chǎn)出高性能低成本的機(jī)床設(shè)備是各個機(jī)床制造商的必然追求。
　　 本課題來源于天津某機(jī)床廠的某型立式精密磨床，該型磨床的砂輪處在工作時相對位移量為13μm，大

2、于要求的10μm。同時磨床的某些部件又過于笨重。針對該型磨床所存在的這些問題，在本研究中運(yùn)用Solidworks軟件對磨床整機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行簡化建模，導(dǎo)入ABAQUS有限元分析軟件中進(jìn)行靜動態(tài)有限元分析。通過對有限元結(jié)果的分析找到影響磨床性能的關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和輕量化設(shè)計，以解決上述問題。
　　 1、對磨床整機(jī)進(jìn)行質(zhì)量分析，床身、立柱和工作臺的質(zhì)量在整機(jī)中所占比重最大在有限元結(jié)果分析中，床身和立柱也是磨床整機(jī)產(chǎn)生變

3、形的關(guān)鍵部件。所以對磨床床身和立柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和輕量化設(shè)計對提高磨床性能和控制成本的作用最顯著。
　　 2、對磨床的床身和立柱進(jìn)行有限元仿真分析，根據(jù)有限元仿真分析的結(jié)果對床身和立柱的結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)方案。
　　 3、在確定了新型的結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，通過正交試驗對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，選出對結(jié)構(gòu)性能影響最顯著的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為設(shè)計變量進(jìn)行定量的優(yōu)化設(shè)計計算。
　　 4、針對待優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)通過中心復(fù)合實(shí)驗設(shè)計(

4、CCD)來安排實(shí)驗，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件進(jìn)行有限元仿真實(shí)驗得到實(shí)驗數(shù)據(jù)，建立床身和立柱各個結(jié)構(gòu)參數(shù)與其重量和力學(xué)性能的數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化計算中的目標(biāo)函數(shù)，機(jī)床的精度要求等作為優(yōu)化計算中的約束條件建立優(yōu)化計算的數(shù)學(xué)模型。在Matlab中使用理想點(diǎn)法進(jìn)行雙目標(biāo)優(yōu)化計算，得出各個結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值，確定新型床身和立柱的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 5、建立新型的床身和立柱模型，取代原來的床身和立柱裝配到磨床整機(jī)模型中進(jìn)行有限元仿真分析以檢驗整機(jī)