1 引言
随着科学技术的快速发展,高档数控机床正向高速度、高精 度、高效率、复合化方向发展。 床身是数控机床的关键基础支撑件,而且床身的结构尺寸及重量较大,其本身的静动刚度、抗震性以及热稳定性直接影响到整机的工作性能[1-2]。所以对床身尺寸优化能很好的节省材料,进而提高床身的使用性能,会给机床厂家带来 可观的经济效益。但是由于床身结构复杂,因此考虑以构成机床床 身的内部结构为出发点,引入元结构的基本概念来对床身尺寸进行 优化,其中元结构的基本思想就是把机床床身组成的形体进行分解,最终可以分解得到一些基本的单元结构[3-4]。文献[5]在理论模型基础上对机床床身进行静力学分析和动力学分析;文献[6]从加工工艺角度对机床结构性能分析,尤其与机床连接部分对结构影响分析,具有一定研究意义;文献[7-8]考虑机床结构对整机动态特性影响进行有效分析,采用有限元方法进行优化设计。另外床身结构将直 接影响床身几何精度,比如床身本身结构及性能,床身安装牢固;床 头箱与床身连接,卧式机床尾座与床身连接、床身上导轨几何精度及与滑鞍运动精度关系,及其保持性等等[9-10]。
2 典型筋格结构的选择及类型
加工中心机床床身内部筋格单元结构尺寸有大有小,位置 有高有低,筋格壁板有厚有薄,对机床每一筋格进行尺寸优化显 然不现实,因此,对筋格进行分类和把具有典型代表结构的筋格 筛选出来显得非常必要。将床身内数量大、出砂孔布置类型相同(X、Y 方向出砂孔呈圆形,Z 方向出砂孔呈方形)的六面体六出砂孔筋格单元看作是典型筋格结构。这类典型筋格结构形状规则, 数量大,分析计算容易,其机械性能可以代表床身大部分筋格的机械性能,是理想的尺寸结构优化对象。床身内部筋格数量众多、 尺寸各异、位置不同。为了之后进行类别划分,我们要对众多筋格进行筋格编号。参考筋格编号,如图 1 所示。
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5 结论
(1)筋格典型结构组成的筋格二元联合体修改前后,在质量 上下降 3.69%的情况下,前四阶振频分别有不同程度的提高,筋格联合体性能得到改善。(2)各阶振频的大小不随筋格质量的大 小而变化,而与具体的筋格结构相关;另外筋格联合体各阶振频 介于构成其的两单个筋格相应振频之间。(3)通过有效优化设计 分析,在加工中心床身结构质量减小的情况下,动态性能得到改 善,即筋格的尺寸优化是有效的。
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