0 前言

加工中心的精度與關鍵件、床身大件的精度表現(xiàn)密切相關，近年來隨著機床高速切削領域的發(fā)展，床身、立柱等僅以經(jīng)驗值保守設計的零部件對加工中心整機的性能影響更加明顯。隨著有限元分析理論與軟件、振動測量與分析儀器的發(fā)展，近年來國內研究人員對機床大件的動態(tài)性能與輕量化進行了大量研究。 對床身等大件的優(yōu)化有以下兩種思路:(1)在保證結構質量不增加的情況下提高結構的動態(tài)特性。如于長亮等［1］以整機為研究對象用靈敏度法辨識出整機的剛度薄弱環(huán)節(jié)為立柱后，對立柱設置質量為約束條件進行了模態(tài)優(yōu)化;(2)保證固有頻率不變的情況下采用尺寸優(yōu)化、拓撲優(yōu)化等方法對零件進行輕量化設計。如任帥等人［2］以床身的質量為優(yōu)化目標，在保證靜動態(tài)特性不變的情況下，采用拓撲優(yōu)化的方式對床身進行了輕量化設計。郭壘等人［3］基于靈敏度分析的方法對機床進行輕量化設計。劉成穎等［4－5］采用元結構的方法對床身“井"字形支撐結構進行分析并對出 砂孔尺寸進行了二次優(yōu)化。

蜂窩結構早期被應用于航空領域應用。蜂窩構造非常精巧，結構性能好，比強度、比剛度高。目 前，在荷蘭、英國等發(fā)達國家蜂窩結構的研究與應用非常成熟，隨著我國制造技術的快速發(fā)展，對蜂窩結構的研究正趨于成熟，其應用也逐步擴展開來。對蜂窩的研究 主 要 集 中 在 蜂 窩 夾 層 的 靜 力 學 研 究。王 博 等人［6－7］研究了低速沖擊下不同蜂窩結構坍塌行為，以及蜂窩夾層結構在低速沖擊下的動力響應。

本文作者通過將加工中心床身原有的支撐結構改進為蜂窩狀支撐結構，并利用參數(shù)化建模方法，分析蜂窩狀結構胞單元參數(shù)、排布方式與床身一階固有頻率、質量、靜變形、等效應力之間的關系，得到蜂窩狀結構對床身性能的優(yōu)化效果。采用灰色關聯(lián)法對計算結果處理分析，并采用熵權法改進灰色法，使得其成為一種適于床身優(yōu)化的綜合性評價標準。以我國西北某機床廠生產(chǎn)的某型臥式加工中心床身優(yōu)化為例，利用ANSYSWorkbench進 行 參 數(shù) 化 設 計，采 用MATLAB軟件進行數(shù)據(jù)處理和灰色關聯(lián)法分析選出優(yōu)化方案。

1 床身性能分析與優(yōu)化

目標提出1.1某型臥式加工中心床身性能分析1.1.1床身基本參數(shù)某臥式加工中心為我國西北某機床廠推出的一種高性能、高效率的自動換刀數(shù)控機床，其基本參數(shù)如表1所示，床身結構模型如圖1所示。加工中心力的傳遞路線:工件－夾具－工作臺－床身。床身所受靜載荷包括以下3個方面:(1)工作臺質量從機床 說 明 書 查 得 工 作 臺 材 料 為HT300，密 度ρ=7200kg/m3，從表1可得工作臺的基本尺寸。