支撐地腳作為精密數(shù)控機(jī)床的重要組成部件,其靜剛度對機(jī)床整機(jī)靜動剛度與加工精度均有重要影響。對于支撐地腳靜剛度參數(shù),目前國內(nèi)支撐地腳生產(chǎn)廠商尚無明確的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)規(guī)范,并且在機(jī)床設(shè)計(jì)與安裝過程中地腳的選型也缺乏依據(jù)。因此,本文緊密結(jié)合國家科技重大專項(xiàng)課題研究任務(wù),重點(diǎn)研究高性能支撐地腳靜剛度建模方法、考慮地腳靜剛度的機(jī)床整機(jī)靜動態(tài)特性仿真技術(shù)、以及支撐地腳靜剛度試驗(yàn)檢測與模型修正方法,擬在提高國產(chǎn)精密臥式加工中心的靜動特性。主要研究工作如下:基于分形理論,構(gòu)建了支撐地腳結(jié)合面的接觸剛度模型以及支撐地腳構(gòu)件的結(jié)構(gòu)剛度模型,給出了支撐地腳的切向與法向靜剛度求解方法;分析了法向載荷、結(jié)合面形貌參數(shù)、構(gòu)件材料屬性對支撐地腳靜剛度的影響規(guī)律;在此基礎(chǔ)上,結(jié)合企業(yè)需求,進(jìn)行了高性能支撐地腳結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。針對某精密臥式加工中心,構(gòu)建了考慮彈性支撐約束條件的整機(jī)有限元模型,分析了支撐地腳靜剛度對整機(jī)靜、動態(tài)特性的影響規(guī)律;提出了支撐地腳剛度與床身重量的匹配原則;在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了T型床身三點(diǎn)支撐位置參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化,獲得了可滿足導(dǎo)軌變形誤差要求的支撐點(diǎn)位置參數(shù)。開發(fā)了機(jī)床支撐地腳... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-1支撐地腳剛度等效模型

第二章支撐地腳的剛度建模與結(jié)構(gòu)優(yōu)化7高度，兼顧減振[33]。其中使用最為普遍的是斜面調(diào)整地腳，斜面調(diào)整地腳具備較好的高度調(diào)節(jié)能力，以及較高的剛度以穩(wěn)定性支撐精密機(jī)床，故作為本課題的研究對象。本文在分析支撐地腳剛度建模與布局優(yōu)化時(shí)，均指機(jī)床用斜面調(diào)整地腳。機(jī)床斜面調(diào)整地腳的結(jié)構(gòu)通常由地腳座、斜面調(diào)整結(jié)構(gòu)、調(diào)整螺栓、橡膠阻尼部件等組成如圖2-2所示。在機(jī)床安裝過程中，通過支撐地腳調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)地腳高度，保持機(jī)床床身水平。不同型號地腳的斜面調(diào)整結(jié)構(gòu)各不相同，將非規(guī)則形狀的地腳截面簡化為二字型、匚字型或是口字型等截面。除此之外，通過調(diào)整螺栓調(diào)整斜面進(jìn)行床身調(diào)平的過程中，斜面的接觸面積由于調(diào)整結(jié)構(gòu)位移會產(chǎn)生變化，進(jìn)而對接觸面積產(chǎn)生影響，故剛度的計(jì)算應(yīng)采用實(shí)際接觸的面積進(jìn)行計(jì)算。1.防滑橡膠阻尼層2.調(diào)整螺栓3.斜面調(diào)整結(jié)構(gòu)4.地腳座5.減振橡膠阻尼層圖2-2支撐地腳結(jié)構(gòu)圖Figure2-2Structureoffoundationironpadofthetool本章從理論建模的角度出發(fā)，研究支撐地腳剛度建模方法，分析影響支撐地腳剛度的因素，提出支撐地腳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。2.2支撐地腳剛度建模方法整機(jī)建模有限元分析中，地腳結(jié)合部的總剛度包括了支撐地腳的結(jié)構(gòu)剛度，以及結(jié)合部各接觸面的接觸剛度，這幾部分剛度串聯(lián)在一起，共同組成機(jī)床地腳結(jié)合部的總剛度，如圖2-3所示。由于支撐地腳的質(zhì)量遠(yuǎn)小于機(jī)床質(zhì)量，在分析剛度特性時(shí)可以忽略其自身重量，只考慮結(jié)構(gòu)剛度與接觸剛度。其中各接觸面的接觸剛度包括支撐地腳和床身接觸面的接觸剛度、地腳自身部件間接觸剛度、地

第二章支撐地腳的剛度建模與結(jié)構(gòu)優(yōu)化8腳和混凝土地基接觸面的接觸剛度。因此，法向剛度與切向剛度可用下列公式進(jìn)行表示：{1Kn=1KnM+1KnC1+1KnC2+1KnC3+1KnC41Kt=1KtM+1KtC1+1KtC2+1KtC3+1KtC4(2-1)其中KnM與KtM為地腳結(jié)構(gòu)的法向結(jié)構(gòu)剛度與切向結(jié)構(gòu)剛度，KnCi與KtCi為圖中幾個(gè)接觸面的法向接觸剛度與切向接觸剛度，最終串聯(lián)計(jì)算得到總剛度。圖2-3支撐地腳剛度分析圖Figure2-3Stiffnessanalysisdiagramoffoundationironpadofthetool2.2.1支撐地腳結(jié)構(gòu)剛度模型支撐地腳的上接觸面與床身接觸，地腳的下接觸面與混凝土地基接觸，均形成約束，根據(jù)法向和切向的受力不同，結(jié)構(gòu)剛度的計(jì)算可分為法向結(jié)構(gòu)剛度與切向結(jié)構(gòu)剛度兩種情況：1)床身對地腳產(chǎn)生法向力，地腳法向受壓變形，而地腳與地基的接觸面產(chǎn)生約束，支撐地腳的法向結(jié)構(gòu)剛度實(shí)質(zhì)上是等效體法向的拉壓剛度。為使公式具有更廣泛的適用性，假設(shè)調(diào)整地腳不同層的材料不同，考慮不同材料結(jié)構(gòu)剛度的串聯(lián)。法向結(jié)構(gòu)剛度KnM為：KnM=11Kn0+1Kn1+1Kn2=E0E1E2AYE1E2Ln0+E0E2Ln1+E0E1Ln2(2-2)其中，Kn0、Kn1與Kn2分別為地腳主體三層結(jié)構(gòu)下、中、上層材料的法向結(jié)構(gòu)剛度，E0、E1與E2分別為下、中、上層材料的彈性模量，L0、L1與L2分別為下、中、上層材料在Y方向的高度，AY為支撐地腳在Y方向的實(shí)際接觸截面積。上層中層下層

【參考文獻(xiàn)】：
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