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加工中心進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)特性分析及工作臺尺寸優(yōu)化設(shè)計
閱讀：59 發(fā)布時間：2020-8-12文章預(yù)覽：
龍門加工中心由工作臺、立柱、橫梁、滑鞍等部件組成。其中工作臺進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電動機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌滑塊與工作臺組成，其負(fù)載工件并作進(jìn)給運(yùn)動，因此進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)性能是影響加工中心加工精度的重要因素。對于進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)特性的分析與關(guān)鍵部位的優(yōu)化一直是相關(guān)領(lǐng)域的熱點問題。
針對進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)特性分析，國內(nèi)外學(xué)者在模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、振動信號分析等方面開展了大量的工作&_3]。目前大致有理論分析（劉立0基于有限元法研究了絲杠支撐方式、螺母位置等因素對進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)特性的影響）、實驗測試、測試與有限元分析相結(jié)合的方法，例如朱堅民B]等人利用實驗與仿真相結(jié)合的方法，通過模態(tài)振型和固有頻率的對比驗證了有限元模型以及滾動結(jié)合部剛度計算方法的正確性。
在工作臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，田亞峰@設(shè)計了不同的工作臺筋板形式,然后以輕量化為目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化其結(jié)構(gòu),并利用ANSYS進(jìn)行靜動態(tài)特性研究，實現(xiàn)了工作臺質(zhì)量略有下降的情況下提高固有頻率的目標(biāo)。在三維連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方面，葉紅玲H等人針對頻率約束和結(jié)構(gòu)重量小的拓?fù)鋬?yōu)化問題建立了頻率約束下的三維連續(xù)體的拓?fù)鋬?yōu)化模型。
借鑒航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的薄板加筋[8]方法，梁東平@開展了復(fù)合材料格柵加筋板布局優(yōu)化設(shè)計的工作。其采用一種參數(shù)化的平鋪等效剛度計算方法，設(shè)計變量為軸向和橫向的筋條間距、筋條高度和厚度以及筋條的布局。針對板殼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋的設(shè)計主要是采用結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的方法，如均勻化的方法M以及變密度法[11]。季金Q2]等人受到自適應(yīng)成長設(shè)計法的啟發(fā)采用了準(zhǔn)則法結(jié)合數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解板殼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋的分布問題，建立了滿足KKT條件的優(yōu)化準(zhǔn)則，并建立了相應(yīng)的優(yōu)化準(zhǔn)則和尋優(yōu)迭代公式。
以上的研究雖達(dá)到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的，然而建立優(yōu)化模型的過程均未從結(jié)構(gòu)振動信號測試與分析的結(jié)果出發(fā)。本文從進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)特性測試和分析出發(fā)，分析了進(jìn)給系統(tǒng)的振動規(guī)律,然后進(jìn)行模態(tài)測試和有限元模型的建立與驗證,終確定優(yōu)化的關(guān)鍵部件。并實現(xiàn)了在保證質(zhì)量不增加的情況下提高工作臺的整體剛度的目標(biāo)。
1.1研究對象
本研究對象為一臺龍門加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)，為使測試過程及分析結(jié)果接近于實際工況，將該加工中心典型工件——某汽車覆蓋件模具安置在工作臺上，進(jìn)給系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)如圖1與表1所示。
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結(jié)束語：
本文從對加工中心進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行時所產(chǎn)生的振動信號的分析入手,通過仿真與實驗相結(jié)合的方法研究進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)特性，確定了工作臺的優(yōu)化模型并進(jìn)行了尺寸優(yōu)化，終驗證了優(yōu)化后的結(jié)果。工作中共有以下結(jié)論：
(1) 進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)行時工作臺所產(chǎn)生的振動一部分可歸因于進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈沖擊所造成的受迫振動，另一部分則是由工作臺自由振動產(chǎn)生,頻率為136 Hz左右，振型表現(xiàn)為工作臺臺面中心起伏振動。
(2) 對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)測試與仿真模態(tài)分析,其結(jié)果表明測試與仿真前四階固有頻率誤差均在10%以內(nèi)。
(3) 利用Ansys Workbench對工作臺的結(jié)構(gòu)，以及其筋板進(jìn)行了尺寸優(yōu)化設(shè)計。實現(xiàn)了在保證工作臺質(zhì)量不增加的情況下，提升工作臺各階固有頻率的目的，有效地提高了工作臺的剛度與進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)性能。