基于APDL的中心架优化设置

孙 伏

(陕西理工大学 机械工程学院， 陕西 汉中 723000)

在磨削细长轴时，由于工件长径比大，刚性差，在磨削力和夹紧力作用下，工件会产生变形和振动。每次走刀时，工件在砂轮处的最大让刀量对工件的直线度、圆柱度等精度起到非常重要的作用，采用中心架辅助支撑，合理设置中心架的数量和位置，可以有效地提高支承刚度，减少弯曲变形和振动。通常中心架的设置根据经验调试，辅助时间长，成本高，而采用CAE技术可以方便地分析各种支承设置下的变形，为工艺设计提供理论依据。

当中心架数量选定时，中心架位置设置问题是寻求一种方案，使一次走刀的最大让刀量最小的二层嵌套优化问题。ANSYS软件中的优化模块可实现参数有限元优化，但对该嵌套优化过程，采用交互式，需要人为多次修改中心架位置参数，逐步筛选，多次求解对比。不能直接实现嵌套优化过程，人工干预多，操作费时，精度差。目前少见ANSYS软件中采用嵌套优化方法[1-7]。

本文针对磨削细长轴时，采用双顶尖支承、中心架辅助支承下，中心架数量及位置设置的有限元优化问题进行分析研究。理论分析了磨削时细长轴的让刀量，建立了中心架位置优化数学模型，研究在ANSYS中实现优化的关键问题，采用APDL参数化编程，实现了该二层嵌套优化，并通过实例验证了合理性和可操作性。

1 让刀量分析

在切削加工中，机床-夹具-刀具-工件构成加工系统。在采用双顶尖支承，中心架辅助支承下磨削细长轴时，工件在砂轮、顶尖、中心架等的作用下进行磨削。……