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隨著現(xiàn)代加工制造業(yè)對加工中心加工精度、穩(wěn)定性、可靠性等要求的不斷提高,加工中心結(jié)構(gòu)的優(yōu)化已逐漸向改善加工中心靜動態(tài)性能方向發(fā)展[|2]。加工中心立柱作為加工中心零部件主要支撐結(jié)構(gòu)之一,支撐著橫梁、滑枕、滑座等零部件的重量,對加工中心的加工性能有著重要的影響,近年來,立柱已經(jīng)成為眾多學者的研究對象。
文獻[2]針對立柱提出了一種基于拓撲優(yōu)化、筋板形式選擇與布局及尺寸優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設計方法,對立柱進行了優(yōu)化設計,從而提高立柱項性能。文獻[3 ]采用拓撲優(yōu)化和遺傳算法對立柱的筋板結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計,提高立柱的靜動態(tài)性能。文獻
[4] 運用有限元法分析立柱的靜動態(tài)特性,設計了 3種元結(jié)構(gòu),并以出砂孔形狀、尺寸、孔數(shù)、筋板作為優(yōu)化的對象,僅以固有頻率和剛度為優(yōu)化目標,以質(zhì)量為約束條件對立柱進行了優(yōu)化設計。文獻[5]對立柱進行拓撲優(yōu)化,并建立了立柱厚度與變形量之間的關(guān)系曲線,從而選擇最佳厚度參數(shù),使立柱質(zhì)量減輕,剛度增加。文獻[6]對龍門加工中心靜動態(tài)特性進行了分析,找出薄弱結(jié)構(gòu)為橫梁,并對橫梁的結(jié)構(gòu)進行改進設計,從而提高整體的靜動態(tài)性能。文獻[7]對工作臺進行了多目標優(yōu)化設計,選取13個優(yōu)化目標,使優(yōu)化后的工作臺各項性能均有所提高。文獻[8]采用仿生學原理模仿樹根部結(jié)構(gòu)設計了立柱筋板布局結(jié)構(gòu),提高了立柱性能。文獻[9]分析了整機動態(tài)性能,找出了加工中心Z、F、Z軸進給方向上筋板強度的不足,并提出了改進措置。文獻[10]提出了一種基于APDL的快速設計方法,并以加工中心立柱為例,分析了多種筋板布局的立柱性能,證明該方法的可行性。
以上研究主要采用拓撲優(yōu)化設計、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的尺寸設計,從而提高立柱等部件的靜動態(tài)性能。本文中以加工中心立柱的筋板結(jié)構(gòu)、筋板厚度、起吊孔內(nèi)徑為試驗因素,以質(zhì)量、最大耦合變形、一階固有頻率、最大耦合應力為評估指標,設計了 3因素4水平的正交試驗,并采用灰色理論和組合賦權(quán)法對立柱進行了優(yōu)化設計,從而得到最佳的參數(shù)組合方案。
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結(jié)束語:
對加工中心立柱進行建模與靜態(tài)和模態(tài)分析,提出了基于正交試驗,灰色理論-組合賦權(quán)的加工中心立柱優(yōu)化設計新方法。設計了 3因素4水平的等水平正交試驗,實現(xiàn)立柱的多因素多指標的優(yōu)化設計,克服傳統(tǒng)設計方法的因素單一,指標少帶來的設計缺陷。采用灰色理論與組合賦權(quán)法對試驗數(shù)據(jù)進行處理,既考慮了客觀因素對優(yōu)選結(jié)果的影響,又融合了主觀因素對結(jié)果的影響,使最終結(jié)果更加真實,可靠,更符合客觀實際。試驗結(jié)果表明:
1) 立柱最佳參數(shù)組合方案為:“十”型筋板結(jié)構(gòu),筋板厚度為20 mm,起吊孔內(nèi)徑180 mm。與原立柱方案相比,優(yōu)化后在最大耦合變形基本不變的情況下,立柱質(zhì)量減輕了 503 kg,最大應力減少了6%,一階固有頻率也有所增加,立柱輕量化效果明顯。
2) 文中將正交試驗,灰色理論與組合賦權(quán)方法應用在立柱的優(yōu)化設計中,說明了正交試驗具有較強的工程應用性,拓展了灰色理論與組合賦權(quán)的應用領(lǐng)域,為加工中心等其它零部件的設計提供了有益的
方法參考。
3) 文章雖然將立柱的筋板結(jié)構(gòu)、筋板厚度、起吊孔內(nèi)徑作為試驗因素.并提出了立柱優(yōu)化設計的新方法,使立柱相應的性能得到提高。在后續(xù)的研究中,可以將立柱的壁厚、外形尺寸等作為試驗因素,并且結(jié)合靈敏度分析法提高參數(shù)選取的精確性,將進一步提高立柱優(yōu)化后的性能。
2024-11
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