بهبود سفتی ماشین فرز با استفاده از بهینه‌سازی آرایش تقویت‌کننده‌های داخلی و توزیع ضخامت دیواره ستون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

ماشین فرز عمودی از پرکاربردترین ماشین‌ابزارها برای تولید قطعات دقیق می‌باشد. خیز استاتیکی مجموعه ماشین‌ابزار در اثر نیروهای بالای ماشین‌کاری و به‌تبع آن جابه‌جایی سر ابزار مهم‌ترین عامل کاهش دقت ابعادی قطعه کار می‌باشد. همچنین انطباق محدوده فرکانس کاری با فرکانس‌های طبیعی موجب پدیده نامطلوب تشدید و ابزارلرزه می‌شود. کاهش انرژی کرنشی ستون و به‌تبع آن کاهش جابه‌جایی سر ابزار و افزایش فرکانس طبیعی اول ماشین فرز، با توجه به اینکه محدوده فرکانس کاری زیر فرکانس اول می‌باشد، تغییرات مطلوبی است که با بهینه‌سازی توزیع ضخامت دیواره ستون و آرایش تقویت‌کننده‌های داخلی متصل به آن میسر است. در این مقاله روشی مستقیم مبتنی بر تحلیل حساسیت، برای بهینه‌سازی آرایش تقویت‌کننده‌های متصل به سازه‌های صفحه‌ای و پوسته‌ای ارائه ‌شده است. در این روش در هر مرحله از بهینه‌سازی، با ایجاد حلقه ارتباط بین نرم‌افزارهای متلب و آباکوس و بر اساس تحلیل حساسیت انجام شده توسط حلگر اجزا محدود آباکوس، تقویت‌کننده‌هایی که بیشترین تأثیر را در بهینه‌سازی تابع هدف دارند به فضای طراحی افزوده می‌شوند. پس از بهینه‌سازی توزیع ضخامت دیواره ستون با استفاده از ابزار بهینه‌سازی اندازه نرم‌افزار آباکوس، از روش ارائه‌شده در این مقاله برای بهینه‌سازی آرایش تقویت‌کننده‌های داخلی متصل به دیواره ستون استفاده شد. نهایتاً باوجود کاهش تقریباً 0.5 درصدی وزن ستون، بیشینه جابه‌جایی ماشین فرز 6.9 درصد کاهش و فرکانس طبیعی اول آن 16.5 درصد افزایش می‌یابد. بنابراین با تغییرات جزئی در هندسه ستون مشخصه‌های مکانیکی ماشین فرز بهبود یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improving the stiffness of the milling machine by optimizing the arrangement of internal rib stiffeners and distributing the wall thickness of the column

نویسندگان [English]

  • Aziz Shokri
  • Javad Akbari
School of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The static deflection of the machine tool and thus the displacement of the tool due to the high machining forces is the most important factor in reducing the dimensional accuracy of the workpiece. Also, the overlap of the frequency range of operation with the machine natural frequencies causes an undesirable resonance phenomenon. Reducing the strain energy of the column and thus reducing the displacement of the tooltip, and increasing the first natural frequency of the milling machine, given that the frequency range of operating is below the first natural frequency, is a desirable change that can be achieved by optimizing the distribution of the wall thickness of the column and the arrangement of the internal rib stiffeners. In this paper, a method based on sensitivity analysis was presented to optimize the arrangement of rib stiffeners connected to plate and shell structures. In each step of optimization, by establishing a loop of relationship between MATLAB and ABAQUS software and based on the sensitivity analysis performed by the finite element solver, the stiffeners that have the greatest impact in optimizing the objective function are added to the design space. After optimizing the distribution of the wall thickness of the column using the ABAQUS software size optimization module, the method presented in this paper was used to optimize the arrangement of internal rib stiffeners. Ultimately, despite a 0.5% reduction in the weight of the column, the maximum displacement of the machine tool decreased by 6.9% and the first natural frequency increased by 16.5%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Static deflection
  • resonance phenomenon
  • optimizing the arrangement of stiffeners
  • Sensitivity analysis
  • milling machine column