锯片对磨机床床身动态分析与优化.pdf

第 7期 2 0 1 3年 7月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M od ul a r M a c hi n e To o l＆ Au t oma t i c M a nuf a c t ur i ng Te c hn i q ue NO． 7 J u1 ．2 0 1 3 文章 编 号 1 0 0 12 2 6 5 2 01 3 0 70 0 3 40 3 锯片对磨机床床身动态分析与优化 张 士 强 唐 山学 院 机 电工 程系 ， 河北 唐 山0 6 3 0 0 0 摘要 针对锯 片对磨机床床身结构特点， 利用 P r o ／ E三维软件建立其三维模型， 并用 A N S Y S软件进 行 了静 力和模 态分析 ， 得 到 了应 力分布 图、 结构 变形 图 以及 前 6阶 固有频 率 和模 态振 型 ， 分析 结 果表 明 节点最 大等效应 力和 节点 最 大位 移均在 规 定 范围之 内 ， 各项 数据 均 符合 要 求 ， 床 身 结构整 体 刚度 较好 ， 床 身具有良好的静力特性和动态特性， 能够满足设计要求。同时在此基础上对床 身做 了进一 步优化 ， 从 而可 以节约材料 ， 降低 成本 。为锯 片对磨机 床 的开发提 供 了理 论依 据 。 关键词 对磨机床 ； 床身； 模态； 固有频率； 优化 中 图分 类号 T H1 2 2 文献标 识码 A The Dy n ami c Ana l y s i s a nd Opt i mi z a t i o n o f S a w Bl a de s Two S i de s Gr i n di ng M a c hi n e Be d ZHANG S h i q i a ng D e p a r t m e n t o f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， T a n g s h a n C o l l e g e ， T a n g s h a n H e b e i 0 6 3 0 0 0 ，C h i n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e s a w b l a d e f o r t WO s i d e s g r i n d i n g ma c hi ne be d s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s，t h e us e o f P r o ／ E 3 d S O f t wa r e ba s e d o n t h e 3 d mo d e l ，wi t h ANS YS S O f t wa r e，a s t a t i c a n d mo d a 1 a n a l ys i s． o bt a i n e d t h e s t r e s s pa t t e rn ，s t r u c t u r e d e f o r ma t i on d i a g r a m a n d t h e f o r me r 6 o r d e r n a t u r a l fre qu e n c y a n d mo d a l s h a pe ．Th e a na l y s i s r e s u l t s s h o w t ha t t h e n o d e t h e ma x i mum e q u i v a l e n t s t r e s s a n d t h e ma x i ma l d i s pl a c e me n t n o d e s are wi thi n t h e s c o p e o f t he p r o v i s i o n s，t h e d a t a a r e me e t t h e r e q u i r e me n t s，be d s t r u c t u r e ov e r a l l s t i f f n e s s i s b e t t e r ，b e d h a s g o o d s t a t i c c h a r a c t e ris t i c a n d d y na mi c c ha r a c t e r i s t i c，c a n me e t t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s ．And o n t h i s ba s i s t o b e d wa s f u r t h e r op t i mi z e d，S O a s t o s a v e ma t e ria l s ，r e d u c e c os t ． The t h e o r e t i c a l b a s i s i s p r o vi d e d for t h e d e v e l o p me n t o f t h e s a w b l a d e t wo s i d e s g rin d i n g ma c h i ne ． Ke y wo r d st WO s i d e s g rin d i ng ma c h i n e；l a t h e b e d；mo d a l ；na t u r a l fre q ue n c y；o p t i mi z a t i o n 0引言 1 床身建模 随着 冶金 和 石 材 行 业 的 迅 速 发 展 ， 对 锯 片 的 需 求 明显增 加 ， 对 其 质 量要 求 也 越 来 越 高。 因 为 在 锯 片 的加工 过程 中 ， 锯 片 基 体 的 两 个 侧 面磨 削是 非 常 重要 的工 序 ， 许 多学 者 为提 高磨 削 效 率 和质 量 ， 对 锯 片磨 削 系统 、 磨 削 过 程 中砂 轮磨 削 补偿 及 全 自动 化 控制 等方 面进 行 了很 深 入 研 究 ， 研 制 了 比较 完 善 的 锯 片磨削 N C系统 。 。但 以上研 究没 有脱 离开 锯 片 在 磨削 时 ， 一个 侧 面磨 完之 后 ， 再 翻转 磨 削 另一 个 侧 面， 为了进一步提高磨削效率 ， 开发一种 同时磨削锯 片两个侧 面 的对磨 机 床非 常 必要 。 目前 机 械设 备 的 结 构设计 、 优 化 由 以前 的经验 、 类 比、 静 态设 计 阶 段 ， 步入 了建 模 、 优 化 、 动 态 设 计 阶段 。而 在 机 床 床 身力学分析研究 中， 有限元法是最 常用 的方法 。 因此本 文利 用 P r o ／ E 、 A N S Y S等 现代 工 程 软 件平 台 ， 以锯片对磨机床床身为研究对象， 对其进行造型、 分 析、 优化， 为锯片对磨机床的开发提供理论依据。 建 模 时床身 壁 厚 为 3 5 m m， 保 证 床 身 的 振 动 、 刚 度要求 。床 身 的建 模 主要 用 到 P r o ／ E软 件 的拉 伸 命 令 ， 孔命 令 。 图 1展示 了床身 的三维 结构 。 图 1 对 厝 机 床 身 基 本 结 构 1 对 床身 的有 限元模 型进 行必 要 的简 化 ， 忽略 微 小结 构 对 分 析 的 影 响 ， 如很 小 的倒 角 、 圆角 等 ， 此 外床 身正 面 两个 长 方 形 孔 处 是 两 块 薄 板 ， 对 床 身 静 力分 析影 响很小 ， 此处 忽略不计 。 2 网格 划 分 考 虑 到 锯 片 对 磨 机 床 床 身 的形 状 ， 在 床 身 划 分 单 元 时 ， 使 用 1 0节 点 四 面 体 单 元 s o l i d 9 2 ， 采 用智 能 网格划 分 的方 法 ， 使用 自由网格 收稿 日期 2 0 1 21 01 7 ； 修回 日期 2 0 1 2一l 2一O 8 作者简介 张士强 1 9 7 4 一 ， 男 ， 河北滦南人 ， 唐山学院机电工程系讲师 ， 硕士 ， 主要从事非标机 械及发动机配气系统研究 ， Ema i l z s q 9 3 3 1 2 6 ． e o m 4 0 组 合机床 与 自动化 加工技 术 第 7期 2 ， 2 ， 1 ， 2， 3 。 可得组成加工中心 l的机器有 3 ， 4， 8 ； 组 成 加工 中心 2 的机 器有 1 ， 6 ， 7 ， 9 ； 组 成加 工 中心 3 的机 器有 2 ， 5 ， 1 0 ． 实验 2 算 法 有效性测 试 。 采用 文献 [ 8 ] 提 出的组 的功效 G E来 衡量 算法 的 有效 性 ， 即 GE UE EE ／ U E V E 其 中 ， U E表示初 始关 系矩 阵 中 I 的个数 ； 在最 终形成 的加工中心结构 中， 对角块之外的 1的个数用 E E表 示 ， 而 0的个数 用 V E表示 。 并将 N G A求得 的结 果与其他遗传算法进行 比 较 ， 结果如表 1 所示。其中， G A和 H G A求得 的结果 由文献[ 8 ] 提供。T i m以秒 计算， 即执行 1 5 0次迭 代所需的 C P U时间； I m p N G A与其它两种算法获得 的最 好 G E的百分 比。 表 1测 试 结 果 问 题 G A HG A N G A I n a p T i na Ch a n d r a s e k ha r a n a n d 8 5 ． 2 4 8 5 ． 2 5 8 6 ． 5 1 ． 5 1 ． 4 6 R a j a g o p a l a n 1 9 8 6 a Mo s i e r a n d T a u b e 7 O ． 5 9 7 0 ． 5 9 7 0 ． 5 9 0 1 ． 3 6 1 9 8 5 a S t a n f e l 1 9 8 5 6 7 ． 4 4 6 9 ． 3 3 6 9 ． 5 5 0 ． 3 4 ． 6 7 K i n g 1 9 8 0 5 3 ． 8 9 5 4 ． 8 6 5 6 ． 4 3 2 ． 3 1 0 ． 5 C a r r i e 1 9 7 3 7 5 ． 2 8 7 6 ． 1 4 7 6 ． 3 3 0 ． 2 3 l 2 ． 1 S t a n f e l 1 9 8 5 4 5 ． 9 3 5 0 ． 5 l 5 2 ． 8 6 4 ． 7 4 1 ． 6 实 验 1的结果 表 明 ， 所 提 出的算 法 N G A可 对 一 个具 体 的问题 进 行求 解 ， 并 找 到 加 工 中心 的 组 成 方 案 ， 这表 明算法 是可行 的。 实 验 2的结果表 明 ， 对 于标 准 实 例 ， 该 算 法 可 以 较 短 的时间 获 得 比以 往 遗传 算 法较 优 的方 案 ， 这 表 明算 法 的性能 较优 。 4结 论 针对 加工 中心 组 成 问题 ， 本 文 在 成 组 技 术 思 想 的指导 下 ， 设 计 了采用 新 的遗 传算 法 来 解决 该 问题 ， 提 出了新 的基 因编 码 方 法 、 设 计 了 问题 模 型 和遗 传 算子 ， 并对实例进行测试 ， 结果表明新算法是可行的 且性 能较优 。 [ 参考文献] [ 1 ]汪定伟 ， 王俊伟 ， 等．智能优化方法 [ M] ．北京 高等教育 出版 社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ]李鹏 ， 马孜 ， 陈余 庆．加 工 中心定 位误 差 的设计 与补 偿 [ J ] ．组合机床 与 自动化加工技术 ， 2 0 1 2 6 2 O一 2 4 ． [ 3 ]C h e n W H，S r i v a s t a v a B ．S i mu l a t e d a n n e a l i n g p r o c e d u r e s f o r f o r mi n g ma c h i n e c e l l s i n g r o u p t e c h n o l o g y[ J ] ．E u r o p e a n J o u r n a l o f Op e r a t i o na l Re s e a r c h，1 99 4， 7 5 1 0 01 1 1 ． [ 4 ]隗平 平 ， 刘 斌．基 于 并行 遗 传算 法 的矩形 件 排样 优 化 [ J ] ．组合机 床与 自动化加工技术 ， 2 0 1 1 3 7 8 8 2 ． [ 5 ]秦广乐 ， 王道明 ， 陈小辉．基于改进遗传算法 的盘式制动 器 的优化 设计 【 J ] ．组 合 机床 与 自动化 加 工技术 ， 2 0 1 1 7 1 0 11 0 3 ． [ 6 ]G e r a l d o R i b e i r o F i l h o ， L u i z A n t o n i o ， L u i z A n t o n i o N o g u e i r a Lo r e n a ． Co ns t r uc t i v e Ge ne t i c Al g o r i t hm for Ma c h i n e - Pa r t C e l l F o r m a t i o n[ R] ．U n i v e r s i d a d e d e Mo g i d a s C r u z e s CCET，2 00 0． [ 7 ]Z h a o ， C ． ，a n d Wu ，Z ． ．A g e n e t i c a l g o r i t h m f o r m a n u f a c t u r i n g c e l l f o r ma t i o n wi t h mu l t i p l e r o u t e s a n d mu l t i p l e o b j e c - t i v e s[ J ] ．I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P r o d u c t i o n R e s e a r c h ， 2 0 0 0， 3 8 2 3 8 53 9 5 ． [ 8 ]J o s 6 F e r n a n d o G o n q a l v e s ，M a u r i c i o G ． C ．R e s e n d e ．A h y b r i d g e n e t i c a l g o r i t h m for m a n u f a c t u r i n g c e l l f o r ma t i o n [ R ] ． ATT La b sATT La bs Re s e a r c h，2 00 2． [ 9]M．Mu r u g a n ；V ．S e l l a d u r a i ．MA N U F A C T U R I N G C E L L DESI GN W I TH REDUCTI ON I N SETUP TI ME THROUGH G EN E T I C AL GOR I T HM『 J ] ．J o u r n a l o f T h e o r e t i c a l a n d A p p l i e d I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y， 2 0 0 7，3 1 7 69 7． [ 1 O ]V ． Mo d r tl k ， S ． P a n d i a n ， P ． K n u t h ．P o s s i b i l i t i e s o f G A i n 0 p ． t i m i z a t i o n o f m a n u f a c t u r i n g c e l l f o r ma t i o n[ J ] ．J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g a n d Ap p l i e d S c i e n c e s ，2 0 1 1 ， 6 7 7 98 4 ． [ 1 1 ]V ． J a y a k u m a r ， R ． R a j u ．A MU L T I O B J E C T I V E G E N E T I C ALGORI THM APPROACH TO THE P ROBABI LI S TI C MANU F AC T UR I NG C EL L F ORMAT I ON P ROB L EM 『 J] ． S o u t h A i c a n J o u r n a l o f I n d u s t r i a l E n g i n e e r i n g，2 0 1 2， 2 2 1 8 08 6 ． 编辑赵蓉 上接 第 3 6页 [ 参考文献 ] [ 1 ]孙莹 ， 王平江．基 于电涡流 传感器 的全 闭环锯片 磨床数 控 系统 开发[ j ] ．制造技术与机床 ， 2 0 1 0 2 7 3 7 7 ． [ 2 ] Y G u o Y P e n g Z Wa n g A n o v e l p r e c i s i o n f a c e g r i n d e r f o r a d v a nc e d o p t i c ma nu f a c t u r e，Pr o c SPl E ／Vo l ume 76 5 5／S e s s i o n 2 1 2 0 1 0 ． [ 3 ]R B Mi n d e k T D H o w e s ．S l o t a n d v e r t i c a l f a c e g r i n d i n g o f a e r o s p a c e c o mp o n e n t s ， J En g ． Ga s T u r b i n e s P o w e r ， 1 9 9 6， 1 1 6 38 ． [ 4 ]石琴 ， 卢利平．基于有 限元分析 的发 动机罩拓 扑优化 设 计 [ J ] ．机械设计 与制造 ， 2 0 0 9 6 3 5 3 7 ． [ 5 ] 陈文峰 ， 毛汉领 ．M X B S 一 1 3 2 0型高速外圆磨床动态性能 的 试验研究 [ J ] ．广西机械 ， 1 9 9 7 2 4 0 4 6 ． [ 6 ]卜 庭春 ， 李向东 ， 李 水水 ， 等．基于 A N S Y S的桥式起 重机 卷筒优化设计 【 J ] ．煤矿机械 ， 2 0 1 1 1 2 4 3 4 5 ． [ 7 ]徐鹏 ， 王年 ， 张帅 ．基 于 A N S Y S的直 线滚 动导轨 模态 分 析 [ J ] ．煤矿机械 ， 2 0 1 1 7 8 4 8 6 ． [ 8 ]李晓燕 ， 钱伟 ， 韩红俊 ， 等 ．平 面磨床床 身的 三维建模 及 有 限元分析 [ J ] ．机 械设计 与制造工程 ， 2 0 0 2 ， 1 9 3 1 7 2 0． [ 9 ]陈新 ， 何杰 ．基于动 力学特征 的磨床 床身结 构优化 布局 设计 [ J ] ．制造技术与机床 ， 2 0 0 1 2 2 1 2 2 ． [ 1 0 ]齐陆燕 ， 王禹林 ， 冯 虎田．精 密螺母磨 床床 身动静态 分 析与结构优 化 [ J ] ．组合 机床与 自动化 加工技术 ， 2 0 1 2 6 91 2 ． [ 1 1 ]刘杰 ， 王海军 ， 王可， 等 ．数控螺杆铣床床身结构 的动态 优化设计 [ J ] ．组 合机床与 自动化加工技 术 ， 2 0 1 1 3 8 3 8 5 编辑赵蓉