基于响应面法的机床床身动静态多目标优化.pdf

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1、第9期组合机床与自动化加工技术N0．92012年9月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueSep．2012文章编号：1001—2265(2012)09—0083—04基于响应面法的机床床身动静态多目标优化夏链，陈静，韩江，丰云(1．合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009；2．芜湖恒升重型机床厂，安徽芜湖242400)摘要：为了提高数控机床的加工精度，床身必须具有较高的抗振动性，同时质量应尽可能的轻。文章基于SolidWorks建立TK6920型数控落地镗铣床床身三维模型，将模型导入ANSYS，对床身

2、进行动态有限元研究，得到了床身前四阶模态固有频率和振型。在分析了模态结果后，提出以床身的质量和前四阶加权固有频率作目标函数、床身筋板厚度作设计变量建立数学模型，以确定床身结构多目标优化的最优解。从而使床身质量下降6．14％，前四阶固有频率分别提高8．54％、7．01％、6．99％、8．92％。为TK6920型数控落地镗铣床床身设计与制造提供一种理论指导。关键词：模态分析；有限元法；正交试验设计；响应面法；多目标优化设计中图分类号：TH123文献标识码：ADynamicandStaticMulti—objectiveOptimizationofMachineToolBed

3、BasedonResponseSurfaceMethodXIALian，CHENJing，HANJiang，FENGYun(1．SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China；2．WuhuHenshengmill，WuhuAnhui242400，China)Abstract：ToimprovetheCNCmachineprecision，themachinetoolbedmusthavehighanti—vibrationperformanc

4、e，anditsmassshouldbeaslightaspossible．The3DmodelofmachinetoolbedofTK6920CNCmillingandboringmachineiscreatedinSolidWorks．ThismodelisintroduceddirectlyintotheANSYStogetthebedformerfourth—ordermodalnaturalfrequenciesandmodeshapes．Accordingre—sults，amathematicalmodelofthetoolbedwasbuiltbytak

5、ingthemassandthefirstfourordernaturalfrequenciesofthetoolbedastheobjectivefunctionsandthethicknessofstiffenerplatesasthedesignvariables，whichdeterminedtheoptimalsolutionofthemulti—objectiveoptimizationstructurebed．Sothetoolbed’Smasswasdeclined8．00％inthequalitypallet，andthefirstfournatura

6、lfrequencieswerein—creasedby8．54％，7．O1％，6．99％，8．92％．ThestudyprovidesatheoreticalguidanceforTK6920CNCmillingandboringmachinebed’Sdesignandmanufacturing．Keywords：modalanalysis；finiteelementmethod；orthogonalexperimentaldesign；responsesurfacemethod；multi—objectiveoptimization化问题⋯。目前，国内机床结构部件

7、一般采用经验O引言设计，通常停留在单目标优化设计阶段，对床身的轻机床床身是一个重要的基础件，它的动态特性量化设计时往往导致抗振性下降，对床身的振动性影响到整机性能。为确保机床高速、高效、高精度的优化设计时又忽略了轻量化设计要求，另外多数优设计要求，床身必须具有良好的力学性能，床身的结化方法将重点放在怎样单个提高机床的前几阶固有构设计是一个提高抗振性和实现轻量化的多目标优频率上，很少考虑各阶模态所具有的权重因子大小。收稿日期：2012—01一O4$基金项目：国家重大科技专项资助(2009ZX04004—021)；安徽省自然科学基金资助(09