面向加工中心动态特性的立柱分析及优化设计*

2018-06-07史安娜刘斯妤曹富荣马晓波

组合机床与自动化加工技术 2018年5期

史安娜,刘斯妤，曹富荣，马晓波

(1.沈阳理工大学机械工程学院，沈阳 110159；2.沈阳机床(集团)有限责任公司，沈阳 110142)

0 引言

如今机床动态特性的研究，已将动态特性的优化作为机床设计的主流趋势。立柱是加工中心机床的基础部件之一，它的动态特性将直接影响加工中心机床的加工精度和稳定性。因此有必要对立柱的结构进行优化，以获得更好的动态特性。徐春华等运用有限元法分析机构的动态特性，大大缩短了研究周期[1]。刘成颖等利用拓扑优化获得了立柱的外形，并在此基础上进行了筋板的选型、优化[3]。拓扑优化理论上可以提高结构的性能，但是其结果很难直接应用于工程实际中，使得拓扑优化设计实际应用比较狭窄[4]。郑文标等人以轻量化设计为目标，在保证立柱刚度的情况下对立柱进行拓扑优化设计[5]。以上的研究人员均对立柱的结构优化设计提供了良好的参考，但以上的研究均对立柱进行单目标的优化，立柱的综合性能的优化，还值得研究。

本文以加工中心机床的立柱为研究目标，利用有限元法对立柱进行静动态分析，针对立柱的静动态特性，以轻量化为目标，进行灵敏度分析和遗传算法寻优，对立柱进行多目标优化。分析结果表明，优化后的部件提高了立柱的一阶固有频率并减轻了质量，有效改善了机床的动态特性。