高速精密加工中心立柱轻量化设计.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2013年第12期高速精密加工中心立柱轻量化设计+王富强，芮执元，赵东平，雷春丽，冯瑞成(兰州理工大学机电工程学院，兰州730050)摘要：以某高速精密加工中心立柱为研究对象，在对其进行静、动态性能分析的基础上，以立柱外壁板和内筋板厚度为参数对机床立柱进行结构灵敏度分析，并以分析结果为依据进行立柱结构优化设计，得到立柱的轻量化设计模型。对立柱轻量化模型进行分析，结果表明，在立柱静、动态性能基本不变的情况下，立柱的重量减少了8．7％

2、。关键词：高速精密加工中心；立柱；轻量化设计；静、动态性能分析中图分类号：THl22文献标志码：A文章编号：1671-3133(2013)12--．0121----04Thelightweightdesignforhigh-speedprecisionmachiningcentercolumnWangFuqiang，RuiZhiyuan，ZhaoDongping，LeiChunli，FengRuicheng(SchoolofMechanical&ElectronicalEngineering，LanzhouUniversityof

3、Technology，Lanzhou730050，China)Abstract：Withresearchobjectionofahigh-speedprecisionmachiningcentercolumn，thestaticanddynamicperformanceofthecolumnisanalyzedfirstly．Thenbyusingthethicknessofcolumnwallplatesandtheinnerribplatesbtheparameter．thecolunlnstructuresensitivit

4、yisanalyzed．Basedontheanalysisresultofthestructuresensitivityanalysis，thelightweightdesignmodelforthecolumnisobmined．Theanalysisresultsofthecolumnlightweightmodelshowthat，thestaticanddynamicperformanceisan—changedwiththequondamcolumnbasically，buttheweightreduce8．7perc

5、ent．Keywords：high—speedprecisionmachiningcenter；column；lightweightdesign；staticanddynamicanalysis0引言绿色机床是一种全新的概念，其包括大幅减少机床重量，节省材料，降低机床使用时的能源消耗，同时提高机床的可回收性能等¨J。可以看出机床的轻量化是绿色机床设计的一个主要方面。机床轻量化的目的是在确保机床整机及部件静、动态性能的基础上，减轻机床结构件的重量。机床重量的减轻不仅可以减少材料的?肖耗，节约制造成本，同时运动部件重量的减轻可以减少因

6、惯性引起的振动和冲击，提高整机的动态性能，提高机床的加工精度，有效地减少振动和噪声，增加机床的使用寿命。立柱是机床的基础部件，也是极为重要的承载和导向部件，它起着连接床身和主轴箱等关键零／部件的作用。由于高速、精密数控机床的切削速度、进给速度和快速移动速度都很高，所以立柱等运动部件的惯量很大，容易导致机床产生冲击振动，最终影响到零件的加工精度、表面质量，同时降低机床、刀具的工作寿命和可靠性[2]，因此，对高速精密数控机床立柱进行轻量化设计显得尤为重要。众多学者对机床立柱结构性能进行了分析和优化。蒋素清和尹玉珍等人对立式铣削加工中心

7、立柱进行拓扑优化设计口圳；刘江等人对数控铣床立柱结构进行动态分析与优化，比较立柱中不同筋板布置方案对动态特性的影响，提出结构优化方案¨1；徐燕申、辛志杰和郭志全等人运用结构动态设计原理和基于有限元法的变量化分析技术，对数控机床立柱部件进行动、静态分析和优化设计∞。1；彭文以固有频率的提高作为衡量结构动态性能的指标，采用灵敏度分析方法对立柱筋板布局和厚度参数进行了优化设计”1。而上述所有研究中大都以提高立柱的静、动态性能为目标，而对立柱的轻量化设计研究较少。本文采用灵敏度分析和结构优化设计柑结合的方法，对该高速精密加工中心立柱进行结

8、构轻量化设计，在不降低立柱静、动态性能的条件下，得到立柱结构轻量化设计方案，为整机性能的优化打下基础。+国家科技重大专项项目(2010ZX04001-032)；甘肃省自然科学基金资助项目(1010RJZA043)1212013年第12期现代制造工程