分析立式加工中心工作台结构参数

引言
 加工中心的抗振性能对零件的加工精度、效率、质量以及机床和刀具的寿命都有很大的影响，而对其结构进行实验模态测试和灵敏度分析可以为其优化指明方向，提高机床的稳定性。目前，结构优化主要有两种情况: 一种是对已知结构进行局部修改，利用已知参数获得优化的参数; 另一种是为使结构的动态特性( 固有频率、振型、响应、响应谱) 达到预定要求而进行的修改。
国内外许多学者在结构优化方面做了研究，姜衡等［1］以立式加工中心的质量和一阶固有频率为优化目标对整机进行了轻量化设计，并依据中心复合实验和响应曲面法得到了最优设计方案。李初晔等［2］提出了一种灵敏度参数优化方法，通过结构参数的不断变化使质量产生波动，获得质量保持不变但性能大幅提升的新结构，并与工程实际相结合验证了其理论上的可行性。罗辉［3］和郭垒［4］等对某机床立柱进行了静力学和模态分析并对其内部结构的几何参数进行灵敏度分析，在此基础上对立柱进行优化，使其动力学性能大幅提升。段明德等［5］对一种高速精密数控车床的床鞍进行多目标优化设计，在不增加其质量的前提下提高了固有频率。Al- tintas Y．［6］和 Lin W．等［7，8］介绍了虚拟机床技术的发展现状以及如何实现机床的完全数字化建模技术。研究表明，在保证刚度的前提下减小机床质量可以大幅降低制造成本，优化机床性能。Li Y．等［9］比较了两个 3 自由度并联机械手的动态性能，通过拉格朗日公式将其进行配重优化，选择最优的操纵器。Fan K． C．等［10］建立了主轴的运动学模型，在此基础上，分析了机床主轴受结构参数影响的灵敏度，找到了影响刀具位置精度的关键参数。Wu B． C．
等［11，12］提出了一种用于机床概念设计的两级优化方法，引用实例分析确定了结构件的主要尺寸，在保证刚度不下降的同时，使机器的重量最小化。

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结语
本文利用整机实验模态分析确定了机床的主要薄弱环节，并在此基础上结合静力学分析、模态分析、灵敏度分析、MATLAB 优化设计等确定了影响加工中心工作台动力学性能的灵敏参数( Δx1 、Δx4 、Δx5 ) ，并以此为设计变量，以其前三阶固有频率、质量和刚度为优化目标建立方程，利用理想点法求解得到了兼顾三者的最优尺寸参数。优化后，工作台 X、Y、Z 三个方向的刚度分别提高了 6． 71% 、11． 49% 、10． 33% ，前三阶固有频率分别提高了 0． 95% 、0． 21% 、0. 35% ，质量下降了 0． 33% 。

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