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基于正交试验的机床移动横梁多目标优化设计

         
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为了提高机床移动横梁静、动态综合性能,机床横梁必须具有合理的筋板布局和结构特性。建立了横梁振动力学模型,理论计算了横梁最大耦合变形量,在三维设计软件中对机床横梁进行三维建模,并使用Ansys对横梁进行静态、模态分析。文中以机床横梁质量、最大耦合变形、最大耦合应力、一阶固有频率作为评价机床横梁设计优劣的目标函数,以横梁筋板结构、筋板厚度,上导轨支撑筋板倾斜角度作为设计变量进行多目标优化设计。采用正交试验法,设计了3因素4水平的正交试验;运用综合平衡法确定最优水平,从而得出最优的试验方案。结果表明,横梁理论计算变形量与仿真分析值相近,且横梁"井"型筋板结构,筋板厚度25 mm,上导轨支撑筋板倾斜55°设计为最优方案,其中与原设计方案相比质量减轻了473 kg,横梁总形变减少了7.455%,一阶固有频率提高了2.956%。研究证明,采用正交试验法合理设计横梁试验因素与水平,可以以较少的试验次数获得最优的试验结果,说明正交试验法具有较高的工程运用性。

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