【摘 要】
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数控磨齿机是现代先进制造的关键装备,也是一种精密的高档数控机床。当前,我国的精密数控磨齿机主要依赖进口,不仅价格高昂,而且技术难以突破。机床结合面的种类繁多,形状复杂,导致整机刚度难以计算、静动态性能难以准确评估以及结构难以优化。针对此问题,本文以L300G多功能数控磨齿机为研究对象,通过研究机床关键结合面刚度,建立基于结合面刚度参数的整机有限元模型,分析其静动态特性,找出机床整机的薄弱环节并对其
【基金项目】
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““高档数控机床智能制造核心技术基础与应用研究”（湖南省重点研发计划项目:2016JC2001）”; “高载荷下人字齿轮传动点接触混合润滑机理与粘着磨损计算方法研究（国家自然科学基金:51675168）”; “高功重比航空螺旋锥齿轮抗点蚀设计方法与试验研究（湖南省自然科学基金:2019JJ40020）”; “高性能微型伺服器设计制造关键技术（湖南省重点研发计划项目:2020WK2032）”
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数控磨齿机是现代先进制造的关键装备,也是一种精密的高档数控机床。当前,我国的精密数控磨齿机主要依赖进口,不仅价格高昂,而且技术难以突破。机床结合面的种类繁多,形状复杂,导致整机刚度难以计算、静动态性能难以准确评估以及结构难以优化。针对此问题,本文以L300G多功能数控磨齿机为研究对象,通过研究机床关键结合面刚度,建立基于结合面刚度参数的整机有限元模型,分析其静动态特性,找出机床整机的薄弱环节并对其进行结构优化,以提高机床综合性能。主要研究内容有:（1）机床结合面刚度建模。针对磨齿机关键结合面如螺栓、滚柱直线导轨、滚珠丝杠和轴承等结合面进行分析和刚度建模,对螺栓连接结合面分别计算出螺钉与被连接件的刚度。基于Hertz接触理论,求解出滚柱直线导轨、滚珠丝杠和滚动轴承的结合面刚度,并进行相应的实例计算,为后续有限元模型精确建立提供基础。（2）磨齿机的静动态特性分析。建立基于结合面刚度参数的整机有限元模型,进行静动态分析并获取性能参数。在静态分析中:获取不同工况下整机的位移、应力和计算静刚度;在动态分析中,获取不同工况下的模态振型、低阶固有频率和谐响应参数。根据分析结果,找出床身这一薄弱环节,为后续优化提供目标。（3）基于层次分析法（AHP）和灰色关联度法（GRA）的床身元结构设计。运用元结构方法对床身原始元结构进行拓展,并分析其静动态特性,获取不同元结构的位移、应力和低阶固有频率。分别用层次分析法和灰色关联法进行元结构的选型,其最优方案结果一致。根据最优元结构建立新的床身模型,并与原始床身结构开展静动态对比和分析。（4）基于响应面法的床身结构静动态性能优化。在结构构型优化后进行尺寸精确优化,通过正交试验建立床身结构目标响应关于设计变量之间的响应面模型,并对其进行拟合度分析和预测检验。对各目标函数进行权衡建立综合目标函数,利用遗传算法求解出最佳的设计参数,并对优化前后的床身模型进行静动态性能的分析和对比。结果表明,改善后的床身结构最大位移与最大应力分别降低了7.13%和5.28%,低阶固有频率比原始模型均有增加,结构的刚度与抗振性能有所提高。
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