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加工中心立柱的动态特性分析及优化

发布时间:2025/8/817


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。
1 模型建立
1. 1    有限元模型的建立
上进行了筋板的选型、优化    。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。
  

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5 结论
  应用三维建模软件 UG 对加工中心立柱进行参数化建模,并导入到 ANSYS WORKBENCH 中进行有限元分析,并将立柱的螺栓预紧力计入到边界条件中。经过灵敏度分析后,得到对立柱一阶固有频率、立柱总质量影响较大的参数。并以此参数为基础,基于神经网络算法采用均匀设计法对样本点进行选择,再进行遗传算法的优化。在保证立柱总体性能的基础上,得到立柱的新模型,实现了立柱结构的优化,为机床部件优化提供了参考。


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