機床主軸箱的固定聯(lián)接及其結(jié)構(gòu)方案設(shè)計.pdf

1、機床產(chǎn)業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)，機床固定聯(lián)接及其支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計是機床設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)。隨著制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的經(jīng)驗類比法和評價指標已經(jīng)不能完全滿足機床固定聯(lián)接及其支承件設(shè)計的需求。本文針對機床固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)和支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，完成固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)形式的分類，分析了固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對聯(lián)接結(jié)構(gòu)性能的影響;基于拓撲優(yōu)化思想，提出固定聯(lián)接螺栓布置區(qū)域設(shè)計方法;以主軸箱為研究對象，建立聯(lián)接結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標優(yōu)化模型，并基于響應面法確定螺栓布置參數(shù)

2、和聯(lián)接結(jié)構(gòu)尺寸;基于固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)，結(jié)合支承件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，完成了主軸箱結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。具體工作如下:
　　(1)對常見機床的固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)形式進行分類，確定內(nèi)嵌式和凸緣式結(jié)構(gòu)形式。分析了不同固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對聯(lián)接結(jié)構(gòu)性能的影響。通過對內(nèi)嵌式和凸緣式兩種形式的結(jié)構(gòu)進行靜態(tài)性能分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)嵌式聯(lián)接結(jié)構(gòu)的法向（Z向）剛質(zhì)比和側(cè)向（Y向）剛質(zhì)比均大于凸緣式結(jié)構(gòu);通過對比螺栓布置間距和螺栓直徑對聯(lián)接結(jié)構(gòu)剛度的影響，發(fā)現(xiàn)螺栓布置間距

3、是影響聯(lián)接結(jié)構(gòu)剛度的主要因素。
　　(2)考慮固定聯(lián)接及其支承件的靜、動態(tài)特性，采用拓撲優(yōu)化技術(shù)開展載荷形式、大小對螺栓布置區(qū)域影響的研究。提出了固定聯(lián)接螺栓布置區(qū)域優(yōu)化設(shè)計方法，并完成主軸箱固定聯(lián)接的螺栓布置區(qū)域優(yōu)化設(shè)計。
　　(3)以主軸箱固定聯(lián)接為對象，建立固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)參數(shù)的多目標優(yōu)化模型，并給出基于響應面法的聯(lián)接結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計流程?；谥鬏S箱的螺栓布置區(qū)域，提出三種螺栓布置形式，并采用WB平臺的響應面法完成螺栓布置

4、參數(shù)和聯(lián)接結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化，獲得固定聯(lián)接新結(jié)構(gòu)方案。通過對比分析發(fā)現(xiàn)固定聯(lián)接新結(jié)構(gòu)方案的主軸前、后端位移量分別減少了11％和32％，動態(tài)基頻提高3％。
　　(4)以剛質(zhì)比CQ、CH和基頻作為主軸箱結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的靜、動態(tài)性能評價指標，基于主軸箱新固定聯(lián)接結(jié)構(gòu)，結(jié)合支承件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法完成主軸箱結(jié)構(gòu)方案設(shè)計。通過主軸箱新舊方案的性能對比分析，得到新方案相比舊方案減重2.4％，主軸箱前端剛質(zhì)比提高10％左右，主軸箱后端剛質(zhì)比提高2.3％