本文(wén)描述的是对高精度内圆磨床结构动态优化设计的研究内容

高精度内圆磨床结构动态优化设计是提高机床加工精度的关键。随着全球经济一體(tǐ)化的形成，机床行业的市场竞争必将愈演愈烈。目前，國(guó)内高精度内圆磨床产品的技术水平还相对落后，就设计方面而言，尚处于经验，静态和类比的设计阶段，对结构动态特性考虑较少；先进的设计技术和动态优化软件使用(yòng)也很(hěn)少；新(xīn)产品开发尚未普遍采用(yòng)结构动力學(xué)建模、优化等动态的设计方法。这样就很(hěn)难提高机床质量和生产效率。因此，尽快应用(yòng)先进的设计技术，提高设计水平，以应对加入WTO后市场竞争具有(yǒu)重要意义。為(wèi)此，本文(wén)以计算机建模分(fēn)析為(wèi)基础，着重研究了基础计算机环境的机床结构动态设计技术，提出了先进机床动态设计的整體(tǐ)思路和流程，对设计流程中的主要技术进行了分(fēn)析。

1.高精度内圆磨床结构动态设计流程

在计算机可(kě)视化环境中，建立机械结构的三维CAD模型和有(yǒu)限元模型，形成具有(yǒu)一定功能(néng)的基于计算机的仿真系统，在此基础上进行模型的参数化设计和动态分(fēn)析，利用(yòng)人机交互的可(kě)视化环境，对结构设计中的缺陷进行修改或重新(xīn)设计。这种机械设计方法不需要制造机床样件，便可(kě)直观地测试、评价和修改多(duō)种设计的某些特征，达到缩短机械结构开发时间和降低成本的目的。

在计算机环境中进行高精度内圆磨床结构动态设计有(yǒu)以下优点：首先，它把人在CAD环境下的活动提升到人机融成一體(tǐ)的积极参与的主动活动，因而构成了融入性的开发系统，充分(fēn)发挥了设计者的智慧和决策能(néng)力来完成高精度内圆磨床结构设计。其次，它又(yòu)是支持和推进并行工程实施是技术，由于虚拟技术能(néng)模拟产品的实际运行，并具有(yǒu)高度可(kě)视化，使专业设计人员和用(yòng)户能(néng)通过直观的感受来了解产品。此外，在设计阶段通过对虚拟样机的分(fēn)析、评价和修改，保证机床产品具有(yǒu)优良的性能(néng)，从而可(kě)取消或缩短样机的实物(wù)制造、检测和修改定型的过程，缩短产品开发周期。

2.部件动态特性灵敏度分(fēn)析

部件结构动态设计的根本目的是改正对整机动态特性影响灵敏的薄弱部件，而利用(yòng)模型激励技术可(kě)找出整机结构薄弱部件。在对薄弱结构的改进过程中，為(wèi)了避免结构修改的盲目性，必须采用(yòng)有(yǒu)效的控制策略。目前广泛采用(yòng)的控制策略是结构设计参数的灵敏度分(fēn)析。其基础原理(lǐ)如下：先通过一定数學(xué)方法和手段，计算出结构的动态性能(néng)参数随结构设计变量的变化灵敏度，然后选择那些对动态特性影响较大的设计参数，并依据灵敏度值的大小(xiǎo)和正负，对设计参数进行修正。通过结构的灵敏度分(fēn)析，可(kě)以很(hěn)方便地确定哪些部位改进对修改结构动态特性有(yǒu)效；再利用(yòng)修改结构重分(fēn)析的方法，找到优化的结构动态设计方案。

3.部件模态频率分(fēn)离的整机动态优化

对于机床一类的复杂机械设备，要实现整机设计参数的真正优化时很(hěn)困难的，因此，一般采用(yòng)主要部件优化实现整机的集成优化。对主要结构部件的优化往往采用(yòng)多(duō)种结构方案的比较优选进行。但应该注意的是，对各优化结构进行优选集成整机时，应考虑各部件的前几阶模态频率的分(fēn)离，若各主要部件之间的模态频率相同或相近，整机结构的激励频率与部件模态频率也相近时，那么就会导致整机受到激励时结构振动幅值会成倍增加。為(wèi)此，必须选择相互之间模态频率分(fēn)离的主要装配部件作為(wèi)整机集成的优选部件，以使整机结构的动态特性得到提高。

在计算机设计环境中进行机床部件的动态优化设计和部件的模态频率修正，并不需要制造物(wù)理(lǐ)样机或部件，设计、计算和分(fēn)析过程都在计算机中完成。根据模态频率分(fēn)离原则，通过对部件结构的反复设计和修改，找出机床部件组合，从而实现机床的动态设计。

4.结论

利用(yòng)灵敏度分(fēn)析方法，找出结构部件中敏感的部位进行结构修改是机床部件设计中有(yǒu)效的优化方法。

结构主要组成部件的优化时机床整机动态性能(néng)优化的基础，在部件集成整机时应特别注意各主要部件之间前几阶模态频率的分(fēn)离，以避免集成的整机在结构的激励频率与部件模态频率相近时，导致整机结构振动幅值的成倍增加。

在对机床、部件结构振动进行有(yǒu)效控制的同时，还应考虑磨头传动系统的动态响应，对于高精度内圆磨床结构，采用(yòng)多(duō)调谐阻尼器（MTMD）来解决。