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伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心

前言：

CNC加工中心在工作過程中要承受復雜的靜動態(tài)載荷和從外界傳來的振動的影響，為保證加工質(zhì)量和加工效率，要求其結(jié)構(gòu)具有良好的動態(tài)性能'加工中心整機動態(tài)性能的優(yōu)劣取決于各子部件動態(tài)特性的優(yōu)劣。立柱作為加工中心的主要功能子部件之一，其動態(tài)特性是決定加工中心抗振性能的重要因素，提高其動態(tài)特性有助于提高加工中心整機的加工精度等性能p-\因此對立柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計和模態(tài)分析是很有必要的。

現(xiàn)階段加工中心結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法主要分為3個方面:結(jié)構(gòu)尺度的優(yōu)化設(shè)計、結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化設(shè)計及拓撲優(yōu)化M。[10] 拓撲優(yōu)化設(shè)計是以確定結(jié)構(gòu)拓撲為目標的優(yōu)化方法；結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計是以確定結(jié)構(gòu)的形狀為目標的優(yōu)化方法；尺度優(yōu)化設(shè)計師以確定結(jié)構(gòu)中各子部分的尺寸為目標的優(yōu)化方法。如：R. Neugebauej•等^[5]應用仿生學原理，重新設(shè)計加工中心結(jié)構(gòu)，使加工中心重量得到了減輕，并在一定程度上提高了加工中心的剛度與質(zhì)量之比。L. Krdl等M運用拓撲優(yōu)化方法，實現(xiàn)了加工中心的輕量化設(shè)計的目標。根據(jù)出發(fā)點的不同，國內(nèi)優(yōu)化設(shè)計研究主要分為兩方面的內(nèi)容:第一方面是從結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，對加工中心結(jié)構(gòu)進行參數(shù)或拓撲優(yōu)化設(shè)計1第二方面利用元結(jié)構(gòu)的思想，對構(gòu)成加工中心結(jié)構(gòu)的單元進行研究，以提高加工中心床身的性能H。論文了利用元結(jié)構(gòu)的思想結(jié)合形狀優(yōu)化與尺寸優(yōu)化方法對立柱進行了結(jié)構(gòu)改進。

元結(jié)構(gòu)的基本思想就是_個結(jié)構(gòu)體就其組成的形體進行解剖分解，終獲得一些基本的單元結(jié)構(gòu),這些單元結(jié)構(gòu)被稱之為元結(jié)構(gòu)^11]。元結(jié)構(gòu)所具有的形態(tài)特征表現(xiàn)為：具有典型筋板形式和出砂孔等結(jié)構(gòu)特征。利用元結(jié)構(gòu)思想對立柱進行解剖分解處理，其依據(jù)的是快速設(shè)計及框架優(yōu)選的設(shè)計思想，即將目標結(jié)構(gòu)分割為一定數(shù)量的相同元結(jié)構(gòu)單元，再通過優(yōu)化單元體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征，從而提高目標結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性能基于元結(jié)構(gòu)的動態(tài)優(yōu)化方法包含5個具體的步驟:1)將目標結(jié)構(gòu)分為元結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu);3對元結(jié)構(gòu)進行動態(tài)優(yōu)化設(shè)計;3對框架結(jié)構(gòu)進行動態(tài)優(yōu)化設(shè)計;4重新建立整體結(jié)構(gòu)的變量化模型;3確定設(shè)計變量并進行結(jié)構(gòu)體的優(yōu)化設(shè)計M。本文把組成立柱結(jié)構(gòu)的小單元稱為元結(jié)構(gòu)，立柱的宏觀構(gòu)形為框架結(jié)構(gòu)。元結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性在一定程度上直接影響立柱的動態(tài)特性，從而影響整機的動態(tài)性能[14]。許多的元結(jié)構(gòu)通過組合可以形成目標結(jié)構(gòu)，加工中心立柱作為目標結(jié)構(gòu)，其也是由若干個結(jié)構(gòu)相同的元結(jié)構(gòu)組成。影響元結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率的因素有很多，主要體現(xiàn)在筋板類型、筋板的厚度和固定方式3個方面。這3個方面通過影響兀結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性對加工中心立柱的模態(tài)頻率帶來不同程度的影響M。

該立柱大體呈“回”字型，高寬比較大，兩側(cè)剛度較低，重心過高。這使得立柱的固有頻率偏小，引起加工中心整機的固有頻率偏低，加工中心的性能降低引起加工中心加工過程中立柱產(chǎn)生較大的振動。為了保證立柱具有較高的固有頻率和剛度，提高其動態(tài)性能，對其進行了結(jié)構(gòu)方面的改進，以滿足設(shè)計的要求。文章從筋板形式和筋板厚度對元結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)影響兩個方面進行了研究，并將研究所得的結(jié)果運用到了立柱結(jié)構(gòu)的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計過程中，使得立柱固有頻率得到了很大的提高。