大型數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

程 志

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

隨著機(jī)床加工的要求逐漸提升，機(jī)床的承載力也越來越受到重視，在加工作業(yè)過程中，機(jī)床本身會承載機(jī)床的主軸能帶來的作用力，從而造成機(jī)床的變形，在變形的機(jī)床加工下，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品會存在著很大的質(zhì)量隱患，因此，要通過有限元方法實(shí)現(xiàn)對機(jī)床加工性能的有效保障，

1 有限元分析理論

1.1 有限元模態(tài)分析理論

有限元模態(tài)分析主要是運(yùn)用線性分析進(jìn)行固定頻率的分析，它同時(shí)也是進(jìn)行承受動態(tài)載荷的一個(gè)重要的參數(shù)，有限元模態(tài)分析是在坐標(biāo)之間來回變換的過程，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)動態(tài)系統(tǒng)的參數(shù)，在進(jìn)行模態(tài)分析的過程中，會受到一些外部的影響，這個(gè)外部因素就是阻力，但是這些因素還不足以對其產(chǎn)生巨大影響，因此可以進(jìn)行忽略。

1.2 有限元靜力學(xué)分析理論

靜力學(xué)分析與固定的邊界條件和固定載荷具有重要聯(lián)系，對固定載荷來說，它是在整個(gè)有限元中固定存在的，是不會隨著任何條件的辯護(hù)而變化，但對單純的固定載荷來說，它確實(shí)變化著的，只不過是在慢速度中不能夠?qū)ζ渥兓M(jìn)行直觀的發(fā)現(xiàn)而已。在進(jìn)行靜力學(xué)研究時(shí)要從多方面進(jìn)行考慮：第一，要對它的應(yīng)變和位置的移動，進(jìn)行充分的認(rèn)識，并且它內(nèi)部的微元體是存在著幾何關(guān)系的，可以就問題進(jìn)行方程式的表達(dá)，用矩陣平面問題來進(jìn)行幾何方程的運(yùn)算，也可以運(yùn)用指教坐標(biāo)系進(jìn)行解答，從而在這些變量中了解位移的分量。第二，從應(yīng)力及力平衡方程進(jìn)行有效的認(rèn)識，要想實(shí)現(xiàn)有效的認(rèn)識，可以就問題進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)踐，并將其置于坐標(biāo)軸內(nèi)，利用坐標(biāo)平面形成對應(yīng)用力的認(rèn)識。

2 工作臺整體優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

2.1 工作臺結(jié)構(gòu)形式的選型與改進(jìn)

對于工作的布置通常都是用筋板進(jìn)行的，這些筋板具有著不同的形狀，此處主要從井字型筋板和放射型筋板相結(jié)合的方法，展開探究，對于工作臺的承載力來說，不論是何種筋板都會發(fā)生變形，而且變形程度最大的地方就是四角，在四個(gè)角的下面是沒有支撐物的，所以在進(jìn)行力的傳輸時(shí)，只能運(yùn)用筋板進(jìn)行傳輸給環(huán)形導(dǎo)軌，在承重情況下工作臺的變形會沿著導(dǎo)軌進(jìn)行變化，所以要將筋板的布置該為環(huán)形和放射形鋼板相結(jié)合的方法進(jìn)行四角的支撐，從而對變形情況進(jìn)行控制。

2.2 選取優(yōu)化設(shè)計(jì)變量

在工作臺中，筋板的作用是巨大的，所以，對于筋板來說要對布置方式進(jìn)行改變，不同筋板的分布方式是不同的，所以，對于環(huán)形筋板與放射形筋板的的外徑與厚度，要進(jìn)行變量控制，將環(huán)形筋板與放射形筋板能夠?qū)崿F(xiàn)均勻規(guī)范分布，在進(jìn)行優(yōu)化的過程中，要對實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行適當(dāng)選擇，對于設(shè)計(jì)變量因素，要給予適當(dāng)?shù)乃健?/p>

2.3 建立目標(biāo)函數(shù)

對于目標(biāo)函數(shù)來說，要對工作臺中的模態(tài)分析等進(jìn)行重點(diǎn)的把握，建立相關(guān)的優(yōu)化函數(shù)，對于模態(tài)分析來說，具有著固有頻率，并且每一個(gè)頻率都具有著加權(quán)系數(shù)。

2.4 工作臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程

對工作臺的優(yōu)化要從多個(gè)要素角度分析，不同的因素具有不同的水平，要根據(jù)因素的水平進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的修改，對新的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行充分的認(rèn)識，從而實(shí)現(xiàn)力學(xué)分析。對不同的動力學(xué)結(jié)果來說，會存在不同的目標(biāo)函數(shù)，在進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算的過程中，可采用正交實(shí)驗(yàn)法，在進(jìn)行充分的分析后，對不同的因素結(jié)果進(jìn)行細(xì)致的分析，從而描述設(shè)計(jì)變量的重要程度。對于重要程度的函數(shù)值劃分來說，其實(shí)更多的是工作臺的剛度，在進(jìn)行筋板選擇時(shí)，要選擇一些外徑和內(nèi)徑適中的環(huán)形筋，從而實(shí)現(xiàn)工作臺的優(yōu)化。

3 結(jié)語

綜上所述，在回轉(zhuǎn)工作臺分析結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，要根據(jù)相應(yīng)的理論和準(zhǔn)則進(jìn)行系統(tǒng)性的優(yōu)化，并對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，從而形成對整個(gè)工作臺的優(yōu)化設(shè)計(jì)。并對固定頻率進(jìn)行了大幅度提高，從而使整機(jī)的剛度進(jìn)行有效的提高，最終實(shí)現(xiàn)加工效率和精度的有效提升。