超精密機床立柱的動態(tài)分析及結構優(yōu)化.pdf

1、微納機床是進行微納加工機床設備的總稱，其代表著一個國家最高的工業(yè)技術水平，是高端制造產業(yè)的重要基石，決定著國家整體制造產業(yè)的核心競爭力，直接影響著國計民生。NVG-300微V型槽精密加工機床主要用于微V溝槽、微柱面槽、導光槽、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，主軸徑向跳動精度0.1μm。這類加工設備廣泛應用于國防、航空、航天以及微電子等領域，是高科技產品生

2、產加工的母機。而我國微納加工設備的結構動態(tài)設計水平與國外有很大差距，主要依靠經驗設計、試制樣機、安裝調試、結構修改等，開發(fā)周期較長且難以滿足高速、高精度的加工要求。因此為了在短時間內開發(fā)出結構合理、高精度、低振動、低成本的微納米機床，必須采用先進的CAE分析技術對納米機床結構進行動態(tài)分析以及動態(tài)參數(shù)優(yōu)化。
　　立柱結構是機床的主要組成部分，其動態(tài)性能直接影響到微納機床的加工精度。本文主要針對NVG-300微納米機床的立柱結構展開研

3、究，采用有限元分析的方法對立柱進行動態(tài)分析及動態(tài)參數(shù)優(yōu)化，提高機床的動態(tài)剛度。主要研究工作有:微納米機床立柱的參數(shù)化CAD建模、立柱的動態(tài)分析和模態(tài)測試（因為目前條件限制只給出模態(tài)測試方案）、立柱的動態(tài)響應參數(shù)優(yōu)化（響應曲面的建立、靈敏度分析、多目標優(yōu)化）。
　　本文的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在如下幾部分:
　　(1)采用靜、動態(tài)相結合的方法對微納機床的立柱進行分析，首先對立柱的連接螺栓施加預緊力的條件下對立柱進行靜力學分析，在此基礎

4、上對機床進行模態(tài)分析和諧響應分析，研究立柱在磨削力的作用下的磨削點和工件之間的動態(tài)剛度。
　　(2)對立柱結構整體進行尺寸優(yōu)化，把結構的設計尺寸設置為設計變量，采用中心復合實驗設計方法確定有限元優(yōu)化分析的樣本，并且分別求解。
　　(3)采用響應曲面法建立各個設計變量和目標變量之間的響應曲面模型，建立設計變量和目標變量之間的函數(shù)關系。
　　(4)采用基于響應曲面法的多目標遺傳算法對立柱進行結構優(yōu)化，并對每個目標變量進行權