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前言：

現(xiàn)代加工中心正在向現(xiàn)代加工中心的方向發(fā)展。現(xiàn)代加工中心轉(zhuǎn)速可達(dá)到2 000 r/min以上，快移速度60rn/rnin以上并且定位精度不超過3 pm。這些參數(shù)決定了加工中心必須有更高的剛度:工作臺是加工中心的重要組成部分，其剛度不僅影響著加工中心的幾何精度和加工精度⁰,而且影響著加工中心的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，提高工作臺的剛度是提高加工中心整體可靠性的有效方法：⁰對工作臺進(jìn)行了靜動力學(xué)分析，對該工作臺進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化以提高工作臺系統(tǒng)的固有頻率；劉光浩等^H對ZK5150型鉆床的工作臺進(jìn)行有限元靜動態(tài)分析，在滿足剛度不下降的前提下對其進(jìn)行輕量化設(shè)計;楊飛等^6]對立式加工中心的工作臺系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了各階的固有頻率；王傳祥等⁰用有限元分析在承受最大載荷時,TJ16213CNC鏜銑加工中心工作臺的變形與應(yīng)力，為驗證加工中心工作臺設(shè)計的合理性與進(jìn)一步的優(yōu)化提供了可靠的理論依據(jù)。

筆者以上述研究成果為依據(jù)，將工作臺的靜剛度作為研究對象，提出了以提高剛度為目標(biāo)的優(yōu)化方案,選擇了幾種主要影響參數(shù)作為獨立隨機(jī)變量，分析各參數(shù)的隨機(jī)變化對優(yōu)化后工作臺剛度可靠性的影響，以為提高工作臺剛度可靠性提供參考：

1工作臺的優(yōu)化1.1建模

文中以某公司的THM46I00高精密臥式加工中心工作臺為研究對象進(jìn)行建模分析，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，建模時對影響較小的微小特征部件進(jìn)行合理簡化，簡化后的模型如圖I所示：

工作臺支撐采用轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)，工作時采用液壓夾緊裝置進(jìn)行夾緊。工作臺的材料為灰鑄鐵HT250,彈性模量為113 <;Pa;泊松比為0.28;密度為7 200 kg/m³;抗拉強(qiáng)度為240 MPa;抗壓強(qiáng)度為820 MPa。工作臺采用自由網(wǎng)格劃分方式，網(wǎng)格劃分模型如圖2所示：

1.2有限元模型的驗證

對轉(zhuǎn)臺進(jìn)行模態(tài)試驗，將試驗的結(jié)果與有限元分析的結(jié)果相對照，以驗證有限元模型的正確性。

被測轉(zhuǎn)臺采用懸吊的安裝方式以模擬自由狀態(tài)，其懸吊頻率為1 Hz左右：如圖3所示^使用橡皮繩將轉(zhuǎn)臺吊在剛性較好的支架上，轉(zhuǎn)臺保持水平,，該試驗所采用的測試方式為多點激勵、多點拾振的多輸入、多輸出（MM0)法。

通過試驗與有限元分析，得到了轉(zhuǎn)臺模態(tài)前6階的試驗值與計算值，如表1所示：經(jīng)過計算可以得出，試驗值和計算值之間的誤差小于】0% ,并且振型基本—致：因此，可以證明該建模方法基本正確，該模型可用于后續(xù)優(yōu)化工作。

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結(jié)束語：

通過ANSYS平臺對加工中心回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行剛度優(yōu)化以及可靠性分析，得到以下結(jié)論：

1)通過靜力學(xué)有限元分析對回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行優(yōu)化，在不增加質(zhì)量的前提下，使工作臺的剛度提高11. 5%,對改善加工中心加工中心幾何精度與加工精度起到了一定效果。

2)選取參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計處理并將它們作為獨立隨機(jī)變量，采用拉丁超立方抽樣方法對優(yōu)化后的工作臺進(jìn)行可靠性分析。由靈敏度分析得到影響較大參數(shù),優(yōu)化后工作臺剛度可靠度為100% ,安全可靠。

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