基于灵敏度分析的大型数控镗铣中心主轴箱优化设计研究.pdf

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1、第6期组合机床与自动化加工技术N0．62012年6月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueJun．2012文章编号：1001—2265(2012)06—0101—04基于灵敏度分析的大型数控镗铣中心主轴箱优化设计研究曲令晋(河南工业职业技术学院机电工程系，河南南阳473000)摘要：以主轴箱应力和位移为评价指标，对镗铣加工中心主轴箱体进行了灵敏度分析，得到各设计变量对评价指标的影响情况。将灵敏度高的设计变量作为箱体设计变量，对箱体进行了优化设计。为机床箱体的优化设计提供了

2、一种方法。关键词：镗铣加工中心；主轴箱；灵敏度分析；优化设计中图分类号：TH16；TG65文献标识码：AStudyofHeadstockOptimizationbytheLargeNCBoringandMillingCenterBasedonSensitivityAnalysisQULing-jin(HenanPolytechnicInstitute，NanyangHenan473000，China)Abstract：Withheadstockstressanddisplacementasevaluationindexes，sens

3、itivityanalysisforthespin—dieoftheboringandmillingmachiningcenter，obtainseachdesignvariablesontheinfluenceoftheeval—uationindexes．Thedesignvariablesofhighsensitivityasboxdesignvariables，theboxhasbeenopti—mized．Itisprovidedamethodforthemachinetoolbox．Keywords：boringandm

4、illingmachiningcenter；headstock；sensitivityanalysis；optimizationdesign0引言1灵敏度的定义目前，大型数控落地铣镗床广泛应用于发电设研究灵敏度是为了在复杂模型、多变量的情况备、航空航天、冶金、造船、铁路车辆等特种、重型设下，了解各个变量对目标模型的影响，以灵敏度的形备的加工，是我国国防、重点项目建设的保障性基础式对变量进行合理评价，从而能够确保目标模型的装备。主轴箱是数控镗铣中心的核心部件之一，其可靠性的基础上，快速确定设计中的主要目标。主要用来支撑主轴及其传动部件

5、，并传递切削过程从数学意义上，灵敏度可理解为设计目标对结中零件对机床的作用反力。主轴箱的内部结构差异构参数的变化梯度。函数F()可导，其一阶灵敏度较大，受力环境复杂，其动静态性能直接影响机床的可表示为：加工精度，是机床设计中的重点⋯。S：(F)．：a，本文源于某机床制造企业产品升级项目。针对某型号落地数控镗铣床主轴箱的特点，建立了主轴式中：F()——结构性能参数；箱参数化模型，基于设计变量对目标函数的不同影响——结构设计参数。度，利用灵敏度分析的思想，缩小了设计域，并对主轴2计算模型的建立箱进行了多参数优化设计。经过计算分析：该型主

6、轴该型号落地数控镗铣床的机械部分由床身、滑箱的动、静态性能均有明显改善，箱体结果布局更加合座、立柱、主轴箱、滑枕等机构组成。图1所示为该理，整体质量下降。为箱体类零件的设计提供了思路，机床的CAD模型图。提高了设计效率，缩短了产品研发周期。收稿日期：2011—09—19；修回日期：2011—12—08作者简介：曲令晋(1981一)，男，河南南阳人，河南工业职业技术学院讲师，工学硕士，研究方向为数控机床数字化设计与制造和计算机结构数值分析等，(E—mail)qujinde@163．corn。2012年6月曲令晋：基于灵敏度分析的大型数

7、控镗铣中心主轴箱优化设计研究·103·稳，对主轴箱的应力和位移影响很小。优化设计时不把它们作为设计变量。Cl在12mm处应力和位移J

8、＼．／＼}

9、

10、均出现明显抖动，优化时亦不做设计变量。其余变、，

11、齑、量在应力和位移曲线中均无明显抖动曲线出现，且咖＼／对箱体整体应力和位移影响相对显著，在后续的优瞧’化设计时，均作为设计变量进行优化。4优化设计迭代次数(N)本次优化设计是在该型号机床批量生产的基础图6优化计算中箱体总质量变化曲线上进行的，属于改进设计。从前期的数据计算及厂／＼家反馈可知，该箱体的动、静态数据均符合厂家的设t／＼／计意图

12、。其不足是，安全余量过大，箱体质量偏重，

13、

14、}

15、整体比较笨拙。为此，本次优化的要求是：不改变主、—＼，轴箱动、静态的前提下，使其重量变轻。＼／本次设计的意图很明显：在不改变原有装配关系及主轴箱动静态特性的基础上，使其重量减轻。在有限元