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文章預(yù)覽：

隨著現(xiàn)代加工制造業(yè)對(duì)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(dòng)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(duì)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(xué)者的研究對(duì)象。

文獻(xiàn)[2]針對(duì)立柱提出了一種基于拓?fù)鋬?yōu)化、筋板形式選擇與布局及尺寸優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)立柱進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高立柱項(xiàng)性能。文獻(xiàn)[3 ]采用拓?fù)鋬?yōu)化和遺傳算法對(duì)立柱的筋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高立柱的靜動(dòng)態(tài)性能。文獻(xiàn)

[4] 運(yùn)用有限元法分析立柱的靜動(dòng)態(tài)特性，設(shè)計(jì)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(duì)象，僅以固有頻率和剛度為優(yōu)化目標(biāo)，以質(zhì)量為約束條件對(duì)立柱進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[5]對(duì)立柱進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，并建立了立柱厚度與變形量之間的關(guān)系曲線，從而選擇厚度參數(shù)，使立柱質(zhì)量減輕，剛度增加。文獻(xiàn)[6]對(duì)龍門加工中心靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析，找出薄弱結(jié)構(gòu)為橫梁，并對(duì)橫梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而提高整體的靜動(dòng)態(tài)性能。文獻(xiàn)[7]對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取13個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，使優(yōu)化后的工作臺(tái)各項(xiàng)性能均有所提高。文獻(xiàn)[8]采用仿生學(xué)原理模仿樹根部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了立柱筋板布局結(jié)構(gòu)，提高了立柱性能。文獻(xiàn)[9]分析了整機(jī)動(dòng)態(tài)性能，找出了加工中心Z、F、Z軸進(jìn)給方向上筋板強(qiáng)度的不足，并提出了改進(jìn)措置。文獻(xiàn)[10]提出了一種基于APDL的快速設(shè)計(jì)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?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)，從而提高立柱等部件的靜動(dòng)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(yàn)因素，以質(zhì)量、大耦合變形、一階固有頻率、大耦合應(yīng)力為評(píng)估指標(biāo)，設(shè)計(jì)了 3因素4水平的正交試驗(yàn)，并采用灰色理論和組合賦權(quán)法對(duì)立柱進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得到的參數(shù)組合方案。

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結(jié)束語：

對(duì)加工中心立柱進(jìn)行建模與靜態(tài)和模態(tài)分析，提出了基于正交試驗(yàn),灰色理論-組合賦權(quán)的加工中心立柱優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法。設(shè)計(jì)了 3因素⁴水平的等水平正交試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)立柱的多因素多指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的因素單一，指標(biāo)少帶來的設(shè)計(jì)缺陷。采用灰色理論與組合賦權(quán)法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，既考慮了客觀因素對(duì)優(yōu)選結(jié)果的影響，又融合了主觀因素對(duì)結(jié)果的影響,使終結(jié)果更加真實(shí)，可靠，更符合客觀實(shí)際。試驗(yàn)結(jié)果表明：

1) 立柱參數(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)化后在大耦合變形基本不變的情況下，立柱質(zhì)量減輕了 503 k_g，大應(yīng)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(yàn)，灰色理論與組合賦權(quán)方法應(yīng)用在立柱的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，說明了正交試驗(yàn)具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用性，拓展了灰色理論與組合賦權(quán)的應(yīng)用領(lǐng)域,為加工中心等其它零部件的設(shè)計(jì)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(yàn)因素.并提出了立柱優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法,使立柱相應(yīng)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(yàn)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(jìn)一步提高立柱優(yōu)化后的性能。