0 引言
如今機床動態特性的研究,已將動態特性的優化作為機床設計的主流趨勢。立柱是加工中心機床的基礎部件之一,它的動態特性將直接影響加工中心機床的加工精度和穩定性。因此有必要對立柱的結構進行優化,以獲得更好的動態特性。徐春華等運用有限元法分析機構的動態特性,大大縮短了研究周期[1]。劉成穎等利用拓撲優化獲得了立柱的外形,并在此基礎本文以加工中心機床的立柱為研究目標,利用有限元法對立柱進行靜動態分析,針對立柱的靜動態特性,以輕量化為目標,進行靈敏度分析和遺傳算法尋優,對立柱進行多目標優化。分析結果表明,優化后的部件提高了立柱的一階固有頻率并減輕了質量,有效改善了機床的動態特性。
1 模型建立
1. 1 有限元模型的建立
上進行了筋板的選型、優化 。拓撲優化理論上可以提高結構的性能,但是其結果很難直接應用于工程實際中,使得拓撲優化設計實際應用比較狹窄[4]。鄭文標等人以輕量化設計為目標,在保證立柱剛度的情況下對立柱進行拓撲優化設計[5]。以上的研究人員均對立柱的結構優化設計提供了良好的參考,但以上的研究均對立柱進行單目標的優化,立柱的綜合性能的優化,還值得研究。
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5 結論
應用三維建模軟件 UG 對加工中心立柱進行參數化建模,并導入到 ANSYS WORKBENCH 中進行有限元分析,并將立柱的螺栓預緊力計入到邊界條件中。經過靈敏度分析后,得到對立柱一階固有頻率、立柱總質量影響較大的參數。并以此參數為基礎,基于神經網絡算法采用均勻設計法對樣本點進行選擇,再進行遺傳算法的優化。在保證立柱總體性能的基礎上,得到立柱的新模型,實現了立柱結構的優化,為機床部件優化提供了參考。
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