基于正交试验和灰色关联的铣镗床主轴箱优化设计.pdf

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1、·机械制造·范中廷，等·基于正交试验和灰色关联的铣镗床主轴箱优化设计基于正交试验和灰色关联的铣镗床主轴箱优化设计范中廷，武美萍。施健(江南大学机械工程学院，江苏无锡214122)摘要：为了提高数控落地铣镗床主轴箱静、动、热态综合性能，主轴箱必须具有良好的结构特性。利用Pro／E和ANSYS建立了主轴箱的有限元模型，分别进行模态分析和热一力耦合分析．以主轴箱结构关键尺寸为设计变量，以主轴箱的一阶固有频率、质量、最大耦合应力、最大耦合变形为目标函数进行了对目标正交优化设计利用灰色关联分析法获得了优化设计的最佳解．可为主轴箱的结构设计提供参考。关键词：数控铣镗床：主轴箱；模态

2、分析；热一力耦合分析；正交试验法；灰色关联中图分类号：TH133．2文献标志码：A文章编号：1671—5276(2014)05．0069．05OptimalDesignofLargeFloor——typeMillingandBoringMachineSpindleBoxFANZhong—ting，WUMei—ping，SHIJian(CollegeofMechanicalandEngineering，JiangNanUniversity，Wuxi214122，China)Abstract：Inordertoenhanceamachinetoolheadstock’Sco

3、mprehensiveperformances，includingstatic，dynamicandthermalones，thespindleboxmustbeofperfectdesignstructure．ThispaperusesPro／EandANSYStoworkoutCNCboringandmillingspindleboxmodelingandmakeitsthermal—mechanicalcouplinganalysisandmodalanalysis．TheheadstockSmass．themaximum‘couplingstress，thema

4、ximumcouplingdeformation，thefist—ordernaturalfrequencyaretakenasobjectivefunctions，withthelength，thewidthandtheheightoftheheadstockSmainbodyasdesignvariablestocarryoutthemulti—objectiveorfhogonaloptimi—zationdesignfortheheadstock．Thebestsolutionoftheoptimizationdesignisobtainedbyusinggre

5、yrelationalanalysismethod．Thesignificantreferenceisoferedtostructuredesignofthespindlebox．Keywords：NCmilingandboringmachine；spindlebox；modalanalysis；thermal—mechanicalcouplinganalysis；odhogonalexperi-mentalmethod：greyrelationaIanalysis优化，提高了主轴箱的静、动、热态综合性能⋯。0引言1主轴箱有限元分析世界数控机床技术正向着精密、复合、高速

6、、高效方向发展。数控落地式铣镗床作为主要的大型零件加工设备1．1数控落地铣镗床及主轴箱介绍之一，其加工工艺范围广、加工精度高，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势。主轴箱是数控落数控落地铣镗床的基本工作原理如下：铣镗床床身通地铣镗床的关键零部件之一，主要用于布置机床主轴及变过数组地脚螺栓固定于地面，立柱通过螺栓与滑座固定在速机构、操纵机构和润滑系统等。在机床加工零件时，切一起，滑座与滚珠丝杠联接在一起。在数控落地铣镗床加削力通过铣镗轴传递到主轴箱：同时切削力发生周期性的工过程中，在进给箱的驱动下滑座实现在床身上沿着方变化，主轴频繁的启动和停止也导致主轴箱发生

7、震动，电向自由移动，与主轴箱联接的平衡锤装在立柱内部空腔主轴因长时间高速旋转产生的热量也扩散到主轴箱。由内．方滑枕在主轴箱方腔内往复移动，达到铣刀进给的目于主轴箱通过丝杠一滑块机构实现在立柱上的往复移动．的。镗轴安装在滑枕内，各种铣头与镗轴联接，实现多功为保证机床具有较高的进给速度和优良的动态特性．要求能加工。如图1所示为该型号数控落地铣镗床的三维图。主轴箱的质量尽可能的轻。通过分析前人的研究成果不主轴箱内部分布着“井”字形的筋板结构，主轴箱的难发现，当前普遍采取的方法主要是单独针对主轴箱的机主体部分为尺寸较大的长方体结构，主体部分的长、