基于灵敏度分析的机床床身多目标优化研究.pdf

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1、第3期组合机床与自动化加工技术No．32015年3月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueMar．2015文章编号：1001—2265(2015)03—0001—04DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．03．001基于灵敏度分析的机床床身多目标优化研究术刘成颖h'，谭锋，王立平h，岫(1．清华大学a机械工程系；b．精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室，北京100084；2．电子科技大学机械电子工程学院，成都61】731)摘要：为了找到对某卧式加工中心床身结

2、构性能影响较大的尺寸参数，对床身结构尺寸进行灵敏度分析，确定了对床身质量及一阶固有频率灵敏度较大的尺寸参数。以灵敏度较大的尺寸参数作为设计变量，考虑床身的质量及一阶固有频率，利用响应面法对床身进行多目标优化求解，得到了一组最优的尺寸参数。对优化后的床身结构进行有限元分析，结果表明，优化后的床身质量减轻了171kg，并且其静、动力学性能得到了明显改善。对优化前后的整机进行谐响应分析，发现参考点的最大振幅得到了大幅下降，极大地改善了机床的动态性能。关键词：灵敏度；机床床身；多目标优化；动态性能中图分类号：TH113；TG65文献标识码：AResearc

3、honMulti-objectiveOptimizationofMachineBedBasedonSensitivityAnalysisLIUCheng—ying’．TANFeng，WANGLi—ping’(1a．DepartmentofMechanicalEngineeringIb．BeijingKeyLabofPrecision／Ultra—precisionManufacturingE—quipmentsandControl，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．TheSchoolofMechatr

4、onicsEngineer—ing，UniversityofElectronicandTechnologyofChina，Chengdu611731，China)Abstract：Tofindthesizeswhichlargelyimpacttheperformanceofahorizontalmachiningcenterbedstruc—ture，thesensitivityofitsstructuresizesareanalyzed．Thesizeswhichlargelyimpactthemassandfirstnat—uralfrequ

5、encyofthebedaredetermined．Takingthesesizesasdesignvariables，themulti—objectiveaboutitsmassandfirstnaturalfrequencyareconsidered．Anoptimalsetofsizeparametersaregottenbyresponsesurfacemethodology．Finiteelementanalysisresultsdemonstratethatthemassoftheoptimizedbedisre—ducedby171k

6、g，anditsstatic／dynamicperformancehasbeensignificantlyimproved．Fromharmonicre-sponseanalysisresultsofthemachinetool，themaximumamplitudeofthereferencepointhasbeensignifi—cantlydecreased，andthedynamicperformanceofthemachinetoolaregreatlyimproved．Keywords：sensitivity；machinebed；mu

7、lti—objectiveoptimization；dynamicperformance的应用较多，但大多学者都是利用元结构进行床身O引言结构的设计，没有在此基础上进行更深入地优化与床身作为机床整机的重要结构件之一，其作用在分析。尺寸灵敏度分析及优化作为一种有效的于支撑工作台，连接立柱等关键零部件，同时承受机床结构优化手段，在床身的结构优化设计应用中已日静载荷以及在加工时产生的切削负载。床身静、动力益广泛[7-93。床身结构通常较为复杂，可优化的尺寸学性能的好坏直接影响整机的加工性能，因此有必要参数较多，采用灵敏度分析时，参数过多会使得计算对床身结

8、构进行优化。量加大，参数较少有可能找不到对结构性能影响较目前，针对床身的优化多数学者只停留在对结大的尺寸参数，使得结构的性