精密卧式加工中心关键大件多目标优化设计

摘要

床身、立柱、滑板、主轴箱、滑座等关键大件为精密卧式加工中心的重要组成部分,它们对精密机床的加工性能起着决定性作用.因此,为保证机床整机结构具有良好的性能,其关键大件必须具有良好的性能.在重量轻的条件下,为保证关键大件具有足够的静动刚度,对其材料的分布、结构形状、开孔位置以及特征尺寸的合理性提出了要求.针对这些因素,有必要进行以提高关键大件的动静刚度为目标的优化.本文主要工作如下:(1)基于响应面法和遗传算法提出了机床关键大件的多目标优化设计方法.该方法通过合理的试验设计获取试验样本点,然后根据样本点及其响应值的对应关系拟合出响应面模型,最后运用多目标遗传算法的循环逼近寻优技术对响应面模型进行优化,获得Pareto最优解集.(2)基于自顶向下的设计方案对精密卧式加工中心进行布局设计,形成机床的概略设计方案,在此基础上完成了床身、立柱、滑板、主轴箱、滑座等关键大件结构的参数化建模.(3)基于SAMCEF软件建立精密卧式加工中心的有限元模型,通过对其关键大件及整机结构进行全域静刚度及模态分析,找出工况下精密卧式加工中心的薄弱环节,为关键结构大件的优化奠定基础.(4)为提高机床的静动态性能,在关键大件结构质量最轻的条件下,对大件结构进行以提高首阶固有频率、降低最大变形为目标的多目标优化设计.最后,为进一步提高精密卧式加工中心的加工性能,对其三点支撑结构进行优化设计.