|
《制造技术与机床》杂志创刊于1951年，是我国机械工业科技期刊中创刊早、发行量大、影响面广的刊物之一，拥有广泛、专业的读者群体。本刊属中文核心期刊，中国科技论文统计用刊和《中国学术期刊文摘》摘录用期刊。 基于机床刚度的导轨结合面尺寸设计方法研究（上）机床导轨是机床最为核心的功能部件，对机床的性能起着决定性作用，因此，机床导轨性能的研究与设计对机床行业的发展具有重要意义。近年来国内外的科研工作者针对机床导轨性能进行了大量的探索与研究。耿煜等对聚四氟乙烯滑动导轨的设计进行了综述，重点对其设计过程中的相关经验进行总结与归纳。温淑花等基于赫兹点接触理论和平面接触理论分析了结合面接触特性理论，对机床滑动导轨性能分析研究以及结合面的设计具有重要的意义。白晨光等根据赫兹接触理论、最小应变能原理得出了全新的直线滚动导轨刚度研究方法，分析了机床载荷以及刚度对机床加工精度的影响。但上述研究仅限于对导轨性能的研究或对导轨设计经验的总结，并没有形成导轨的相关尺寸(包括导轨的跨距、滑块间距等)的设计方法。 本文主要提出了导轨系统的概念，针对导轨系统静刚度性能的要求，通过对机床导轨尺寸与机床静刚度性能关系的初步研究，结合现有机床导轨尺寸设计方法，形成了基于机床刚度的导轨结合面尺寸设计方法。
床身导轨对机床整机性能的影响因素不仅仅局限于导轨本身的性能，同时也和导轨所连接的支承件性能有着很大的关系，他们对机床整机性能的影响是不可分割的，因此，将导轨的安装面、导轨和导轨顶面安装的移动件统称为床身导轨系统。 根据上述对导轨系统的定义，集成导轨系统由导轨安装面、导轨以及移动件构成。其中导轨安装面即机床上提供导轨安装的表面，导轨则是为了实现承载、导向和移动的所有部件的总和(包括导轨面、滑块等)，移动件是安装于导轨顶面负责完成机床运动输出的构件(如工作台、滑板等)，如图1。
根据1986版《机床设计手册》第三册，机床导轨的尺寸根据具体机床的类型、机床的技术参数(包括机床加工范围、定位精度等机床技术参数要求)以及机床的导轨形式(包括导轨的接触形式和截面形状等)等因素决定。机床的类型和技术参数不同其选用的导轨形式各有不同;而导轨形式的不同，导轨的工作环境、运动形式以及受载情况均不一样，同时，导轨的运动状态、工作形式等性能参数也由导轨的形式所决定。本文主要研究机床导轨系统尺寸设计方法，因此，以卧式车床床身导轨尺寸的传统设计为例，介绍传统导轨尺寸设计的一般方法。 如表1，导轨尺寸传统的设计方法的主要依据是多年来机床设计人员的经验以及机床导轨工作和失效形式的统计数据，设计出的机床导轨尺寸是一个尺寸范围，并不能给出精确、最优的设计结果，因此，想得到最优的导轨尺寸设计结果需要机床设计人员的进一步研究。
本文主要是基于导轨系统静刚度对导轨系统尺寸进行设计，因此为了有效对床身导轨系统尺寸进行设计，首先要对导轨系统性能与尺寸的关系进行研究。本文利用拓扑优化原理，采用Hyperworks软件中Optistruct结构优化子模块对导轨系统性能与尺度二者之间的关系进行研究。 以图2模型为研究对象，图中模型被分为上、中、下3块，分别模拟机床导轨系统移动件、导轨结合面、导轨底面。根据拓扑优化理论对机床导轨系统性能与导轨跨距的关系做初步研究，分别在导轨底面和移动件上施加约束和载荷，将中间导轨结合面作为拓扑优化区域，通过观察优化结果定性分析导轨系统性能与尺寸的关系。 优化目标：根据机床导轨系统刚度要求，将机床导轨系统柔度(应变能)最小作为优化目标，根据弹性力学理论得应变能最小与最大位移最小具有一致性，因此，也可以机床导轨系统移动件顶面中心点的最大变形量作为优化目标。 优化约束：模拟导轨结合面处体积分数(质量)小于体积分数上限即优化后模型结合面处的体积小于优化前模型结合面处体积的某个百分比(体积分数上限)。 设计变量：以模型优化区域(模拟导轨结合面)的单元密度作为机床导轨系统优化设计变量，在优化软件中每个单元在优化前的密度均为1，优化完成后每个单元根据其重要性对应有个单元密度，其变化范围为0~1，密度越大单元越重要。 |
|
|
来自： 阿明哥哥资料区 > 《39.设备管理.维改》
