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(jì)方法研究.pdf

1、進(jìn)入新世紀(jì)十多年以來(lái)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(jì)要求越來(lái)越追求高速度、高效率、高精度和自動(dòng)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(dòng)態(tài)性能。同時(shí)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，各個(gè)機(jī)床制造商必須要控制成本。通過(guò)現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(gè)機(jī)床制造商的必然追求。
　　 本課題來(lái)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(shí)相對(duì)位移量為13μm，大

2、于要求的10μm。同時(shí)磨床的某些部件又過(guò)于笨重。針對(duì)該型磨床所存在的這些問(wèn)題，在本研究中運(yùn)用Solidworks軟件對(duì)磨床整機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，導(dǎo)入ABAQUS有限元分析軟件中進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)有限元分析。通過(guò)對(duì)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(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)，以解決上述問(wèn)題。
　　 1、對(duì)磨床整機(jī)進(jìn)行質(zhì)量分析，床身、立柱和工作臺(tái)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(duì)磨床床身和立柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)對(duì)提高磨床性能和控制成本的作用最顯著。
　　 2、對(duì)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(duì)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(guò)正交試驗(yàn)對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，選出對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響最顯著的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行定量的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。
　　 4、針對(duì)待優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)通過(guò)中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(

4、CCD)來(lái)安排實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用ABAQUS有限元軟件進(jìn)行有限元仿真實(shí)驗(yàn)得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立床身和立柱各個(gè)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(jì)算中的目標(biāo)函數(shù)，機(jī)床的精度要求等作為優(yōu)化計(jì)算中的約束條件建立優(yōu)化計(jì)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(jì)算，得出各個(gè)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(lái)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(yàn)整機(jī)