高精度內圓磨床結構動態優化設計是提高機床加工精度的關鍵。隨著全球經濟一體化的形成，機床行業的市場競爭必將愈演愈烈。目前，國內高精度內圓磨床產品的技術水平還相對落后，就設計方面而言，尚處于經驗，靜態和類比的設計階段，對結構動態特性考慮較少；先進的設計技術和動態優化軟件使用也很少；新產品開發尚未普遍采用結構動力學建模、優化等動態的設計方法。這樣就很難提高機床質量和生產效率。因此，盡快應用先進的設計技術，提高設計水平，以應對加入WTO后市場競爭具有重(zhong)(zhong)要意義。為(wei)此(ci)，本文以計(ji)算(suan)機(ji)(ji)建(jian)模分析為(wei)基(ji)礎，著(zhu)重(zhong)(zhong)研究了(le)基(ji)礎計(ji)算(suan)機(ji)(ji)環境(jing)的機(ji)(ji)床結構動態(tai)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)，提出了(le)先進(jin)機(ji)(ji)床動態(tai)設(she)計(ji)的整體思路和流(liu)程(cheng)，對設(she)計(ji)流(liu)程(cheng)中(zhong)的主要技(ji)術(shu)進(jin)行了(le)分析。

1.高精度內圓磨床結構動態設計(ji)流程(cheng)

在計算機可(ke)視(shi)化環(huan)境中，建立(li)機械(xie)結構的三(san)維(wei)CAD模型(xing)和有(you)(you)限元模型(xing)，形成具(ju)有(you)(you)一定功能的(de)基于計(ji)(ji)算機(ji)的(de)仿(fang)真系統(tong)，在此基礎上進行模型(xing)的(de)參數化(hua)設(she)計(ji)(ji)和動(dong)態分析，利用(yong)人機(ji)交(jiao)互的(de)可視化(hua)環(huan)境，對(dui)結構設(she)計(ji)(ji)中的(de)缺陷進行修(xiu)改或重新(xin)設(she)計(ji)(ji)。這種機(ji)械設(she)計(ji)(ji)方法不(bu)需要(yao)制造機(ji)床(chuang)樣件，便(bian)可直觀地測試、評價(jia)和修(xiu)改多種設(she)計(ji)(ji)的(de)某(mou)些特(te)征，達到(dao)縮(suo)短(duan)機(ji)械結構開發時間和降低成本的(de)目的(de)。

在計(ji)算機環境中進(jin)行(xing)高精度內圓磨床結(jie)構動態設計(ji)有以下優點(dian)：首(shou)先，它把人(ren)在CAD環境(jing)下(xia)的(de)活(huo)動提(ti)升到人(ren)機(ji)融成一體(ti)的(de)積極參與的(de)主(zhu)動活(huo)動，因而構(gou)成了融入性的(de)開發系(xi)統，充分發揮了設(she)(she)計(ji)者的(de)智慧和(he)決策能(neng)力(li)來完成高(gao)(gao)精度(du)(du)內圓磨床(chuang)結構(gou)設(she)(she)計(ji)。其次，它又(you)是(shi)支持(chi)和(he)推(tui)進并行(xing)工程實施是(shi)技術，由于虛(xu)擬技術能(neng)模擬產品的(de)實際運行(xing)，并具(ju)有高(gao)(gao)度(du)(du)可視化(hua)，使專業(ye)設(she)(she)計(ji)人(ren)員和(he)用戶能(neng)通(tong)過直(zhi)觀的(de)感(gan)受來了解產品。此外(wai)，在設(she)(she)計(ji)階段通(tong)過對(dui)虛(xu)擬樣機(ji)的(de)分析、評價和(he)修改，保證機(ji)床(chuang)產品具(ju)有優(you)良的(de)性能(neng)，從而可取消或縮(suo)短樣機(ji)的(de)實物制造、檢測和(he)修改定型的(de)過程，縮(suo)短產品開發周期。

2.部件動態特性(xing)靈敏度分析(xi)

部(bu)(bu)件結(jie)(jie)構(gou)(gou)動態設計的(de)(de)(de)根本目的(de)(de)(de)是(shi)改(gai)(gai)(gai)正對(dui)(dui)整(zheng)(zheng)機(ji)動態特性(xing)影響靈敏(min)的(de)(de)(de)薄弱部(bu)(bu)件，而利(li)用(yong)模型激勵技術可(ke)找(zhao)出整(zheng)(zheng)機(ji)結(jie)(jie)構(gou)(gou)薄弱部(bu)(bu)件。在對(dui)(dui)薄弱結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)改(gai)(gai)(gai)進過(guo)程(cheng)中，為了避免結(jie)(jie)構(gou)(gou)修(xiu)改(gai)(gai)(gai)的(de)(de)(de)盲目性(xing)，必須采用(yong)有效的(de)(de)(de)控制(zhi)策略。目前廣泛采用(yong)的(de)(de)(de)控制(zhi)策略是(shi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)設計參(can)(can)(can)數(shu)的(de)(de)(de)靈敏(min)度分(fen)析。其基礎原理如下：先通(tong)過(guo)一定(ding)數(shu)學方(fang)法和(he)手段(duan)，計算出結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)動態性(xing)能(neng)參(can)(can)(can)數(shu)隨結(jie)(jie)構(gou)(gou)設計變量的(de)(de)(de)變化(hua)靈敏(min)度，然后選擇那些對(dui)(dui)動態特性(xing)影響較大的(de)(de)(de)設計參(can)(can)(can)數(shu)，并依據靈敏(min)度值的(de)(de)(de)大小和(he)正負，對(dui)(dui)設計參(can)(can)(can)數(shu)進行修(xiu)正。通(tong)過(guo)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)靈敏(min)度分(fen)析，可(ke)以很方(fang)便地(di)確(que)定(ding)哪些部(bu)(bu)位改(gai)(gai)(gai)進對(dui)(dui)修(xiu)改(gai)(gai)(gai)結(jie)(jie)構(gou)(gou)動態特性(xing)有效；再利(li)用(yong)修(xiu)改(gai)(gai)(gai)結(jie)(jie)構(gou)(gou)重分(fen)析的(de)(de)(de)方(fang)法，找(zhao)到優化(hua)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)動態設計方(fang)案(an)。

3.部件模(mo)態頻率分離的整(zheng)機動態優化(hua)

對于機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)一類的(de)(de)(de)(de)復雜機(ji)(ji)(ji)(ji)械設備，要(yao)(yao)(yao)實(shi)現(xian)(xian)整(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)設計參(can)數(shu)的(de)(de)(de)(de)真正優化(hua)(hua)時很困難的(de)(de)(de)(de)，因此，一般采用(yong)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)部(bu)件(jian)優化(hua)(hua)實(shi)現(xian)(xian)整(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)集(ji)成(cheng)優化(hua)(hua)。對主(zhu)要(yao)(yao)(yao)結(jie)(jie)(jie)構部(bu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)優化(hua)(hua)往往采用(yong)多種(zhong)結(jie)(jie)(jie)構方案的(de)(de)(de)(de)比較優選(xuan)進行(xing)。但應(ying)該注(zhu)意的(de)(de)(de)(de)是，對各(ge)優化(hua)(hua)結(jie)(jie)(jie)構進行(xing)優選(xuan)集(ji)成(cheng)整(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)時，應(ying)考慮各(ge)部(bu)件(jian)的(de)(de)(de)(de)前(qian)幾(ji)階(jie)模(mo)態(tai)頻率(lv)的(de)(de)(de)(de)分離(li)，若各(ge)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)部(bu)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)模(mo)態(tai)頻率(lv)相(xiang)(xiang)同或相(xiang)(xiang)近(jin)，整(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)結(jie)(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)激勵(li)(li)頻率(lv)與(yu)部(bu)件(jian)模(mo)態(tai)頻率(lv)也(ye)相(xiang)(xiang)近(jin)時，那么就會導致整(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)受到(dao)激勵(li)(li)時結(jie)(jie)(jie)構振動幅(fu)值會成(cheng)倍增加。為(wei)此，必須選(xuan)擇相(xiang)(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)模(mo)態(tai)頻率(lv)分離(li)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)裝配部(bu)件(jian)作為(wei)整(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)集(ji)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)優選(xuan)部(bu)件(jian)，以(yi)使整(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)結(jie)(jie)(jie)構的(de)(de)(de)(de)動態(tai)特性得到(dao)提高。

在計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)設(she)(she)計(ji)(ji)環境(jing)中進行機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)優化設(she)(she)計(ji)(ji)和(he)部(bu)(bu)件(jian)的(de)(de)模態(tai)(tai)頻率修正(zheng)，并不(bu)需要(yao)制造物理(li)樣(yang)機(ji)(ji)(ji)或部(bu)(bu)件(jian)，設(she)(she)計(ji)(ji)、計(ji)(ji)算(suan)和(he)分(fen)析(xi)過程都在計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)中完成。根據模態(tai)(tai)頻率分(fen)離原則(ze)，通(tong)過對(dui)部(bu)(bu)件(jian)結構(gou)的(de)(de)反(fan)復設(she)(she)計(ji)(ji)和(he)修改，找出機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)部(bu)(bu)件(jian)組合，從而(er)實現機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)設(she)(she)計(ji)(ji)。

4.結論

利用(yong)靈敏度分析方法，找(zhao)出結(jie)構部件(jian)中敏感的部位進行結(jie)構修改(gai)是機床部件(jian)設(she)計中有效的優化方法。

結構主要(yao)組成(cheng)(cheng)部件(jian)(jian)的優化時機床整機動態(tai)性能(neng)優化的基礎，在部件(jian)(jian)集(ji)成(cheng)(cheng)整機時應特別注意各(ge)主要(yao)部件(jian)(jian)之間前幾階模態(tai)頻率的分離(li)，以避免集(ji)成(cheng)(cheng)的整機在結構的激勵頻率與部件(jian)(jian)模態(tai)頻率相近時，導(dao)致整機結構振(zhen)動幅值的成(cheng)(cheng)倍增(zeng)加(jia)。

在對機床、部件結構振動進行有效控制的同時，還應考慮磨頭傳動系統的動態響應，對于高精度(du)內(nei)圓磨床(chuang)結構(gou)，采用多調諧阻尼器（MTMD）來解決。