滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接及床身結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì).pdf

1、隨著綜合國(guó)力和企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)力的提高，市場(chǎng)對(duì)機(jī)床裝備制造業(yè)提出了更高的要求。高速、高效和高精已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)床行業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)。由于滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)和支承件結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)器性能有很大的影響，因此，如何在綠色制造的前提下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)是當(dāng)今需要解決的問題。目前機(jī)床導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)和支承件結(jié)構(gòu)大多是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和機(jī)床手冊(cè)進(jìn)行的保守設(shè)計(jì)，并且機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是沿用前人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行局部的改進(jìn)。本文針對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接和支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題做了研究。在國(guó)家科

2、技重大專項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床數(shù)字化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)與工具集研發(fā)及典型產(chǎn)品應(yīng)用”(NO.2012ZX04010011)的子課題“數(shù)控機(jī)床支承零件設(shè)計(jì)優(yōu)化工具與規(guī)范”的支持下，在機(jī)床滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接設(shè)計(jì)方面，研究了機(jī)床導(dǎo)軌聯(lián)接的結(jié)構(gòu)布局，提出了一套直線導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;在機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，基于拓?fù)鋬?yōu)化理論，對(duì)床身支承件進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和性能分析與評(píng)價(jià)，推廣了支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用范圍。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)課題來源和

3、研究背景，闡述了課題的研究目的和意義;綜述了機(jī)床導(dǎo)軌聯(lián)接和支承件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)方法;概括了本課題組在滾動(dòng)導(dǎo)軌和機(jī)床支承件設(shè)計(jì)方面的研究基礎(chǔ)。同時(shí)對(duì)本文研究過程中采用包括有限元理論，結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論以及函數(shù)擬合的響應(yīng)曲面法等理論基礎(chǔ)進(jìn)行了介紹。⑵調(diào)研并歸納了機(jī)床聯(lián)接的基本結(jié)構(gòu)形式;依據(jù)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌聯(lián)接的空間位置關(guān)系，建立了滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接布局方案原則;針對(duì)不同的布局方案，分析了特定載荷條件下滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接三種不同結(jié)構(gòu)形式靜態(tài)性能，同時(shí)分析了復(fù)雜工況下

4、導(dǎo)軌聯(lián)接位置布局對(duì)整機(jī)性能的影響規(guī)律。⑶基于響應(yīng)曲面法對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，以有限元方法理論為指導(dǎo)，建立滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)模型，通過靜動(dòng)態(tài)性能分析，形成了導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)性能數(shù)據(jù)庫(kù)。其次，依據(jù)正交試驗(yàn)法建立了典型工況條件下直線導(dǎo)軌副的特征參數(shù)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型;并通過優(yōu)化指標(biāo)靈敏度分析，得到導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)（導(dǎo)軌跨距和滑塊間距）對(duì)優(yōu)化指標(biāo)的影響規(guī)律，最后，采用多目標(biāo)遺傳算法確定了特征參數(shù)的最優(yōu)解集。⑷以某立式加工中心為例

5、，對(duì)床身支承件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和性能分析。首先，通過等效實(shí)際工況載荷和邊界約束，建立支承件有限元物理模型;其次，基于拓?fù)鋬?yōu)化理論借助Workbench平臺(tái)，獲取支承件的最佳材料分布，建立支承件的概念模型，并通過壁板和筋板的選型，得到床身結(jié)構(gòu)構(gòu)型。然后，針對(duì)床身支承件的結(jié)構(gòu)構(gòu)型方案，選取支承件特征尺寸，采用ANSYS Workbench對(duì)其進(jìn)行尺寸優(yōu)化，確定床身的最佳結(jié)構(gòu)尺寸;最后，對(duì)優(yōu)化前后床身支承件的靜、動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證新