0 前言
加工中心的精度與關(guān)鍵件、床身大件的精度表現(xiàn)密切相關(guān)，近年來隨著機(jī)床高速切削領(lǐng)域的發(fā)展，床身、立柱等僅以經(jīng)驗(yàn)值保守設(shè)計(jì)的零部件對(duì)加工中心整機(jī)的性能影響更加明顯。隨著有限元分析理論與軟件、振動(dòng)測(cè)量與分析儀器的發(fā)展，近年來國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)機(jī)床大件的動(dòng)態(tài)性能與輕量化進(jìn)行了大量研究。 對(duì)床身等大件的優(yōu)化有以下兩種思路:(1)在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量不增加的情況下提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。如于長(zhǎng)亮等［1］以整機(jī)為研究對(duì)象用靈敏度法辨識(shí)出整機(jī)的剛度薄弱環(huán)節(jié)為立柱后，對(duì)立柱設(shè)置質(zhì)量為約束條件進(jìn)行了模態(tài)優(yōu)化;(2)保證固有頻率不變的情況下采用尺寸優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化等方法對(duì)零件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。如任帥等人［2］以床身的質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)，在保證靜動(dòng)態(tài)特性不變的情況下，采用拓?fù)鋬?yōu)化的方式對(duì)床身進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。郭壘等人［3］基于靈敏度分析的方法對(duì)機(jī)床進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。劉成穎等［4－5］采用元結(jié)構(gòu)的方法對(duì)床身“井”字形支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并對(duì)出 砂孔尺寸進(jìn)行了二次優(yōu)化。
蜂窩結(jié)構(gòu)早期被應(yīng)用于航空領(lǐng)域應(yīng)用。蜂窩構(gòu)造非常精巧，結(jié)構(gòu)性能好，比強(qiáng)度、比剛度高。目 前，在荷蘭、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家蜂窩結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用非常成熟，隨著我國(guó)制造技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)的研究正趨于成熟，其應(yīng)用也逐步擴(kuò)展開來。對(duì)蜂窩的研究 主 要 集 中 在 蜂 窩 夾 層 的 靜 力 學(xué) 研 究。王 博 等人［6－7］研究了低速?zèng)_擊下不同蜂窩結(jié)構(gòu)坍塌行為，以及蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在低速?zèng)_擊下的動(dòng)力響應(yīng)。
本文作者通過將加工中心床身原有的支撐結(jié)構(gòu)改進(jìn)為蜂窩狀支撐結(jié)構(gòu)，并利用參數(shù)化建模方法，分析蜂窩狀結(jié)構(gòu)胞單元參數(shù)、排布方式與床身一階固有頻率、質(zhì)量、靜變形、等效應(yīng)力之間的關(guān)系，得到蜂窩狀結(jié)構(gòu)對(duì)床身性能的優(yōu)化效果。采用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)計(jì)算結(jié)果處理分析，并采用熵權(quán)法改進(jìn)灰色法，使得其成為一種適于床身優(yōu)化的綜合性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。以我國(guó)西北某機(jī)床廠生產(chǎn)的某型臥式加工中心床身優(yōu)化為例，利用ansysworkbench進(jìn) 行 參 數(shù) 化 設(shè) 計(jì)，采 用matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和灰色關(guān)聯(lián)法分析選出優(yōu)化方案。
1 床身性能分析與優(yōu)化
目標(biāo)提出1.1某型臥式加工中心床身性能分析1.1.1床身基本參數(shù)某臥式加工中心為我國(guó)西北某機(jī)床廠推出的一種高性能、高效率的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，其基本參數(shù)如表1所示，床身結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。加工中心力的傳遞路線:工件－夾具－工作臺(tái)－床身。床身所受靜載荷包括以下3個(gè)方面:(1)工作臺(tái)質(zhì)量從機(jī)床 說 明 書 查 得 工 作 臺(tái) 材 料 為ht300，密 度ρ=7200kg/m3，從表1可得工作臺(tái)的基本尺寸。