五軸電火花成形機(jī)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、在我國(guó)，航空航天、精密模具、發(fā)電設(shè)備及汽車(chē)等許多制造領(lǐng)域，有很多高精度、高熔點(diǎn)、高硬度、高韌性、高強(qiáng)度以及高脆性等難切削材料的零件需要通過(guò)多軸聯(lián)動(dòng)的電火花成形機(jī)床進(jìn)行加工。然而，在我國(guó)多軸聯(lián)動(dòng)電火花成形機(jī)床的發(fā)展比較落后，制約了我國(guó)航空航天、汽車(chē)及模具等制造行業(yè)的發(fā)展。
　　 現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的多軸電火花成形機(jī)大都是四軸三聯(lián)動(dòng)的，存在加工質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率低、工藝范圍窄和智能化程度低等缺陷。總體上，制約我國(guó)電火花成形機(jī)床發(fā)展

2、的因素主要是控制系統(tǒng)、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和機(jī)床剛性三個(gè)方面。其中，提高機(jī)床的剛性就可以實(shí)現(xiàn)瞬間快速抬“刀”(電極)，而這將會(huì)大大提高加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和拓寬工藝范圍，再加上聯(lián)動(dòng)軸數(shù)的增加，使得加工一些非常復(fù)雜的型面不再是問(wèn)題。因而對(duì)多軸電火花成形機(jī)的研究將會(huì)使得我國(guó)許多行業(yè)再次迎來(lái)新的快速發(fā)展，那么對(duì)機(jī)床的剛性分析顯得非常必要。
　　 蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司研發(fā)的三軸電火花成形機(jī)已經(jīng)具備一定的精密性，但也存在自動(dòng)化低和剛性較差等缺陷

3、，然而如用常規(guī)設(shè)計(jì)方法研發(fā)新產(chǎn)品時(shí)研發(fā)周期會(huì)太長(zhǎng)。為此，本課題提出利用CAD/CEA協(xié)同仿真的設(shè)計(jì)方法對(duì)五軸成形機(jī)床進(jìn)行剛性分析并提高它來(lái)縮短研發(fā)周期。運(yùn)動(dòng)軸的精度決定了機(jī)床的精度，并且機(jī)床的剛性主要受運(yùn)動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)特性影響。針對(duì)該問(wèn)題本課題對(duì)五軸電火花成形機(jī)中由X、Y、Z和C軸組成的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析并進(jìn)行零部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及參數(shù)的確定性分析。本課題主要進(jìn)行了如下工作：
　　 首先，利用Pro/E建立組成構(gòu)件的零件模型和構(gòu)

4、件的組裝模型；分析機(jī)床主軸頭的受載情況并利用ANSYS Workbench對(duì)該構(gòu)件模型進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析；分析動(dòng)態(tài)載荷引起構(gòu)件模型的位移和應(yīng)力的響應(yīng)曲線以及云圖。
　　 然后，根據(jù)分析結(jié)果顯示的構(gòu)件中托板和滑枕剛性較差，對(duì)施加了等效動(dòng)載荷和邊界約束的兩個(gè)零件進(jìn)行了初步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及對(duì)整個(gè)構(gòu)件模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化；通過(guò)分析零件和構(gòu)件模型的目標(biāo)參數(shù)的靈敏度，得到了一組使得構(gòu)件結(jié)構(gòu)最優(yōu)的參數(shù)。
　　 最后，由于優(yōu)化過(guò)程中引入的尺寸

5、參數(shù)具有一定的隨機(jī)性和不確定性，因而對(duì)前面內(nèi)容得到的參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)確定性分析，依據(jù)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布概率值分析參數(shù)用于實(shí)際設(shè)計(jì)的可信程度，從而進(jìn)一步提高優(yōu)化后參數(shù)值的可靠性。
　　 通過(guò)本課題的工作，使得該運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的最大位移降低6．99％(剛性提高6．99％)、質(zhì)量降低2．767％(成本降低2．67％)和最大應(yīng)力降低了12．24％，預(yù)期達(dá)到了提高機(jī)床的剛性、降低成本和縮短產(chǎn)品研發(fā)周期的目的。通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果佐證了仿真結(jié)果是具有可