本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體為一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

機(jī)床良好性能要求機(jī)床基礎(chǔ)大件具有好的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。目前，機(jī)床設(shè)計(jì)方法仍然沿用經(jīng)驗(yàn)、類比的傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)機(jī)床靜強(qiáng)度和靜剛度，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到機(jī)床動(dòng)態(tài)特性對(duì)機(jī)床性能的重要影響作用。現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床向著高精度、高加工質(zhì)量、高穩(wěn)定性和高生產(chǎn)率方向發(fā)展，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能已經(jīng)成為衡量機(jī)床性能的重要指標(biāo)。

模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析是機(jī)床動(dòng)態(tài)性能分析的基礎(chǔ)內(nèi)容。通過(guò)有限元方法進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，可以對(duì)機(jī)床的振動(dòng)特性和機(jī)床在一定頻率簡(jiǎn)諧載荷作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行定性分析，但是不能定量分析機(jī)床各個(gè)基礎(chǔ)大件對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的靈敏度，從而不能預(yù)測(cè)機(jī)床基礎(chǔ)大件的改變對(duì)其動(dòng)態(tài)性能的影響趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)參數(shù)化分析技術(shù)和響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅可以定性地找出機(jī)床基礎(chǔ)大件中影響機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)，還可以定量地分析機(jī)床基礎(chǔ)大件對(duì)其影響的靈敏度，提高機(jī)床設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)分析要求，在CAD軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化；

2)將簡(jiǎn)化后的機(jī)床裝配體模型導(dǎo)入到有限元分析軟件中；

3)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并對(duì)機(jī)床的主軸箱進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化；

4)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行各基礎(chǔ)大件的材料屬性設(shè)置、結(jié)合面屬性設(shè)置和邊界條件設(shè)置，在對(duì)機(jī)床裝配體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上，完成機(jī)床裝配體的模態(tài)仿真分析，得到機(jī)床裝配體的固有頻率和振型，從而得到機(jī)床的一階固有頻率；

5)根據(jù)機(jī)床裝配體的固有頻率和設(shè)定的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，在有限元分析軟件中完成機(jī)床裝配體的諧響應(yīng)分析，得到主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向和Z向的最大振幅響應(yīng)值；

6)在有限元分析軟件中對(duì)機(jī)床的一階固有頻率、三向的最大振幅響應(yīng)值和設(shè)定的機(jī)床基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化，通過(guò)中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方式得到試驗(yàn)樣本點(diǎn)，利用仿真分析得到試驗(yàn)樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值；

7)根據(jù)步驟6)中試驗(yàn)樣本點(diǎn)和試驗(yàn)樣本點(diǎn)的響應(yīng)值，構(gòu)建各機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值和基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)之間的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型：

其中：y為機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值，x為一個(gè)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)，n為基礎(chǔ)大件的個(gè)數(shù)，β為待定系數(shù)，i和j均為基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)序號(hào)，i、j和n均為自然數(shù)；

8)在上述得到的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)，得到基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的靈敏度，通過(guò)各靈敏度之間的比較，定性分析基礎(chǔ)大件對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的影響；

9)根據(jù)靈敏度定性分析結(jié)果得到影響機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)；針對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)大件中的薄弱環(huán)節(jié)，在二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型中改變基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)，定量預(yù)測(cè)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性改變對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的影響趨勢(shì)和影響量，進(jìn)行定量分析，完成機(jī)床動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。

優(yōu)選的，步驟1)中，機(jī)床裝配體模型簡(jiǎn)化的具體方法為：

1)刪除機(jī)床裝配體中尺寸小的倒角和圓角；

2)刪除不影響仿真分析的小特征，所述的小特征包括螺釘孔、螺栓孔和注油孔；

3)簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，減速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用等效質(zhì)量進(jìn)行簡(jiǎn)化，絲杠結(jié)構(gòu)使用圓柱代替；

4)簡(jiǎn)化主軸結(jié)構(gòu)，進(jìn)行裝配體仿真分析時(shí)，將主軸作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，使用等效實(shí)體模型和等效質(zhì)量進(jìn)行代替；

5)簡(jiǎn)化輔助結(jié)構(gòu)，對(duì)裝配體結(jié)構(gòu)剛性不產(chǎn)生影響的輔助結(jié)構(gòu)，使用質(zhì)量點(diǎn)進(jìn)行代替；

6)刪除裝配體中尺寸過(guò)小的平面特征，保證好的單元質(zhì)量。

優(yōu)選的，步驟5)中，在諧響應(yīng)分析時(shí)，將邊界條件中的力邊界條件進(jìn)行如下設(shè)置：在主軸端施加兩組數(shù)值相等的切向切削力，大小為機(jī)床在額定功率下加工的切向切削力幅值，相位角差90°，用于模擬刀具的實(shí)際工作狀態(tài)。

優(yōu)選的，步驟6)中，對(duì)機(jī)床裝配體基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置時(shí)，采用中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方式得到試驗(yàn)樣本點(diǎn)；通過(guò)有限元方法進(jìn)行機(jī)床裝配體模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，得到上述試驗(yàn)樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值。

進(jìn)一步，步驟6)中對(duì)機(jī)床基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)化包括以下步驟：

6.1對(duì)基礎(chǔ)大件質(zhì)量參數(shù)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方式采用中心復(fù)合試驗(yàn)；以基礎(chǔ)大件原始設(shè)計(jì)質(zhì)量為中心，下限為機(jī)床基礎(chǔ)大件原始設(shè)計(jì)質(zhì)量的90％，上限為機(jī)床基礎(chǔ)大件原始設(shè)計(jì)質(zhì)量的110％，得到中心復(fù)合試驗(yàn)方式下的試驗(yàn)樣本點(diǎn)；

6.2通過(guò)仿真分析計(jì)算得到中心復(fù)合試驗(yàn)方式下的機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值，包括參數(shù)化的機(jī)床一階固有頻率和參數(shù)化的主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值。

優(yōu)選的，步驟7)中，采用最小二乘法擬合得到機(jī)床裝配體基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)與機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值之間的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型。

進(jìn)一步，所述步驟7)中，擬合二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型包括以下步驟：

7.1輸出變量分別為機(jī)床一階固有頻率和主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值，設(shè)計(jì)變量為機(jī)床基礎(chǔ)大件的質(zhì)量特性參數(shù)；

7.2采用最小二乘法對(duì)輸出變量和設(shè)計(jì)變量進(jìn)行擬合，得到二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型的擬合系數(shù)。

優(yōu)選的，步驟8)中，通過(guò)對(duì)二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型中作為設(shè)計(jì)變量的各個(gè)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)求偏導(dǎo)，得到機(jī)床裝配體基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性對(duì)動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值的靈敏度，其中，各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)變化時(shí)引起機(jī)床動(dòng)態(tài)性能變化最大的要素即為機(jī)床動(dòng)態(tài)性能薄弱環(huán)節(jié)。

優(yōu)選的，步驟9)中，通過(guò)改變二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型中的基礎(chǔ)大件的質(zhì)量特性值，得到機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值，能夠定量分析出基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)的改變對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的趨勢(shì)和影響量；根據(jù)預(yù)測(cè)的趨勢(shì)和影響量，修改機(jī)床原始裝配體模型中的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行定量分析，完成機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

優(yōu)選的，所述的有限元分析軟件采用ANSYS/Workbench軟件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明根據(jù)動(dòng)力學(xué)仿真分析要求對(duì)機(jī)床裝配體進(jìn)行簡(jiǎn)化，將簡(jiǎn)化后的裝配體導(dǎo)入到ANSYS/Workbench中進(jìn)行網(wǎng)格劃分、材料設(shè)置、邊界條件設(shè)置，完成機(jī)床裝配體的模態(tài)分析。在諧響應(yīng)分析中，通過(guò)模擬刀具實(shí)際工作狀態(tài)，得到機(jī)床裝配體主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值。最后使用參數(shù)化分析技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，擬合得到機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值和基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性之間的響應(yīng)面模型。通過(guò)對(duì)響應(yīng)面模型進(jìn)行分析，不僅可以定性地找出基礎(chǔ)大件在機(jī)床動(dòng)態(tài)性能中的薄弱環(huán)節(jié)，還可以定量地預(yù)測(cè)出基礎(chǔ)大件的改變對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的趨勢(shì)，提高機(jī)床設(shè)計(jì)的精度，并且能夠?qū)ν惖臋C(jī)床，以響應(yīng)面模型為基礎(chǔ)，對(duì)其直接進(jìn)行定量分析，避免了重復(fù)勞動(dòng)和操作，提高了優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，對(duì)沿用經(jīng)驗(yàn)、類比的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法提供指導(dǎo)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體流程圖。

圖2為本發(fā)明在ANSYS/Workbench中的仿真分析示意圖。

圖3a為各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)機(jī)床第一階固有頻率的靈敏度。

圖3b為各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度。

圖3c為各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下Y向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度。

圖3d為各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下Z向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明一種機(jī)床基礎(chǔ)大件動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)，包含有限元分析軟件參數(shù)化分析技術(shù)和響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)仿真分析要求對(duì)機(jī)床裝配體進(jìn)行簡(jiǎn)化，將簡(jiǎn)化后的裝配體導(dǎo)入到有限元分析軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分、材料設(shè)置、邊界條件設(shè)置，完成機(jī)床裝配體的模態(tài)分析。在諧響應(yīng)分析中，通過(guò)模擬刀具實(shí)際工作狀態(tài)，得到機(jī)床裝配體主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值。最后使用參數(shù)化分析技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，擬合得到機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值和基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)之間的響應(yīng)面模型。通過(guò)對(duì)響應(yīng)面分析，不僅可以定性地找出基礎(chǔ)大件在機(jī)床動(dòng)態(tài)性能中的薄弱環(huán)節(jié)，還可以定量地預(yù)測(cè)出基礎(chǔ)大件的改變對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的趨勢(shì)，從而提高機(jī)床設(shè)計(jì)的精度和效率。

具體的，本發(fā)明所述方法，如圖1和圖2所示，包括如下步驟。

1.機(jī)床裝配體模型簡(jiǎn)化。

在CAD軟件中對(duì)建立機(jī)床的裝配體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，具體內(nèi)容包括：

(1)刪除機(jī)床裝配體中尺寸小的倒角和圓角；

(2)刪除不影響仿真分析的小特征：螺釘孔、螺栓孔、注油孔；

(3)簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)：減速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用等效質(zhì)量進(jìn)行簡(jiǎn)化，絲杠結(jié)構(gòu)使用簡(jiǎn)單圓柱代替；

(4)簡(jiǎn)化主軸結(jié)構(gòu)：進(jìn)行裝配體仿真分析時(shí)，將主軸作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，使用等效實(shí)體模型和等效質(zhì)量進(jìn)行代替；

(5)簡(jiǎn)化輔助結(jié)構(gòu)：對(duì)裝配體結(jié)構(gòu)剛性不產(chǎn)生影響的輔助結(jié)構(gòu)，使用質(zhì)量點(diǎn)進(jìn)行代替；

(6)刪除裝配體中尺寸過(guò)小的平面特征，保證好的單元質(zhì)量。

2.有限元分析軟件中裝配體模型的導(dǎo)入和處理。

本優(yōu)選實(shí)例中以ANSYS/Workbench軟件為例進(jìn)行說(shuō)明，將保存好的機(jī)床裝配體模型通過(guò)ANSYS/Workbench中g(shù)eometry菜單導(dǎo)入到軟件中。在geometry菜單中，通過(guò)布爾運(yùn)算將相關(guān)零件進(jìn)行合并，使裝配體模型中主要包含床身、立柱、滑鞍、主軸箱、工作臺(tái)等基礎(chǔ)大件，減少裝配體中的結(jié)合面，提高計(jì)算效率。根據(jù)機(jī)床的材料設(shè)計(jì)要求，在Workbench材料庫(kù)中分別建立裝配體模型所需要的材料。在本實(shí)施例中，裝配體模型的結(jié)合面主要考慮兩種：一種是床身與立柱的螺栓固定結(jié)合面，另一種是床身與工作臺(tái)、立柱與滑鞍、滑鞍與主軸箱的導(dǎo)軌可動(dòng)結(jié)合面。在機(jī)床裝配體的仿真分析中，將固定結(jié)合面設(shè)置為Bonded(粘結(jié))方式，將可動(dòng)結(jié)合面設(shè)置為No separation(滑動(dòng)不分離)方式。

3.網(wǎng)格劃分。

由于裝配體模型幾何尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件數(shù)量多，將網(wǎng)格尺寸設(shè)置50mm，對(duì)于主軸箱等重點(diǎn)關(guān)心區(qū)域可以劃分成更細(xì)的網(wǎng)格。

4.機(jī)床裝配體模態(tài)分析。

在有限元分析軟件中設(shè)置模態(tài)分析的邊界條件，主要包括地腳螺栓的固定約束設(shè)置。通過(guò)模態(tài)分析即可得到機(jī)床裝配體的固有頻率和振型。

5.機(jī)床裝配體諧響應(yīng)分析。

模態(tài)分析得到的機(jī)床第一階和第二階固有頻率值分別為：48.119Hz和54.426Hz，設(shè)置諧響應(yīng)分析的求解區(qū)間為0Hz至60Hz，求解點(diǎn)為40個(gè)。由于機(jī)床在實(shí)際加工過(guò)程中，切向切削力隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)沿圓周方向不斷變化，設(shè)置外界激振力大小為機(jī)床在額定功率下加工的切向切削力幅值，相位角差90°，來(lái)模擬刀具的實(shí)際工作狀態(tài)。通過(guò)諧響應(yīng)分析得到主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值。

6.二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型擬合。

為了得到基礎(chǔ)大件對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的規(guī)律，找出機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)，利用ANSYS/Workbench的參數(shù)化功能，擬合得到基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性與機(jī)床動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值之間的響應(yīng)面模型。響應(yīng)面模型可以用顯性的函數(shù)表達(dá)式來(lái)表示響應(yīng)值和設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系。響應(yīng)值也就是輸出值，本發(fā)明中有5個(gè)設(shè)計(jì)變量，基礎(chǔ)大件床身、立柱、滑鞍、主軸箱、工作臺(tái)的質(zhì)量。由于各基礎(chǔ)大件的體積不變，因此，對(duì)基礎(chǔ)大件床身、立柱、滑鞍、主軸箱、工作臺(tái)的密度進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)方式為中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)。中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠以最少的工作循環(huán)提供試驗(yàn)樣本點(diǎn)。具體方法為：以基礎(chǔ)大件原始設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)應(yīng)的密度為中心，下限為機(jī)床基礎(chǔ)大件原始設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)應(yīng)密度的90％，上限為機(jī)床基礎(chǔ)大件原始設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)應(yīng)密度的110％，得到中心復(fù)合試驗(yàn)方式下的試驗(yàn)樣本點(diǎn)；通過(guò)ANSYS/Workbench參數(shù)化分析技術(shù)，得到中心復(fù)合試驗(yàn)方式樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能響應(yīng)值：機(jī)床一階固有頻率和主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值。

通過(guò)最小二乘法擬合試驗(yàn)樣本點(diǎn)和樣本點(diǎn)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值，即可得到機(jī)床一階固有頻率和主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值與基礎(chǔ)大件質(zhì)量之間的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型：

其中：y為輸出變量，x_i為設(shè)計(jì)變量，n為設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)，β為待定系數(shù)，β通過(guò)最小二乘法擬合得到。

7.動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。

利用上述求得的二次多項(xiàng)式模型對(duì)各基礎(chǔ)大件質(zhì)量求偏導(dǎo)即可得到基礎(chǔ)大件質(zhì)量對(duì)機(jī)床裝配體動(dòng)態(tài)性能機(jī)床一階固有頻率和主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值的靈敏度，如附圖3a、附圖3b、附圖3c、附圖3d所示。通過(guò)靈敏度分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)床裝配體的動(dòng)態(tài)性能對(duì)立柱、滑鞍、主軸箱質(zhì)量的改變十分敏感。由此可以確定立柱、滑鞍、主軸箱質(zhì)量是機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)改變二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型中的基礎(chǔ)大件的質(zhì)量值，得到機(jī)床一階固有頻率和主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅響應(yīng)值的函數(shù)值，可以定量分析出基礎(chǔ)大件質(zhì)量的改變對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)性能影響的趨勢(shì)和影響量。根據(jù)預(yù)測(cè)的趨勢(shì)和影響量，修改機(jī)床原始裝配體模型中的薄弱環(huán)節(jié)，即可完成機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高機(jī)床的設(shè)計(jì)精度和效率。

其中，如圖3a所示，通過(guò)二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型分析得到的各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)機(jī)床整機(jī)第一階固有頻率的靈敏度。各基礎(chǔ)大件質(zhì)量對(duì)機(jī)床第一階固有頻率的靈敏度值均為負(fù)數(shù)，表示隨著基礎(chǔ)大件質(zhì)量的增加機(jī)床第一階固有頻率值減小，其中，立柱、滑鞍、主軸箱質(zhì)量影響最大。

如圖3b所示，通過(guò)二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型分析得到的各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度，立柱、主軸箱質(zhì)量影響最大。其中，立柱質(zhì)量對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度為負(fù)值，表示隨著立柱質(zhì)量增加，X向最大振幅響應(yīng)值減小。主軸箱質(zhì)量對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下X向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度為正值，表示隨著主軸箱質(zhì)量增加，X向最大振幅響應(yīng)值增大。

如圖3c所示，通過(guò)二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型分析得到的各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下Y向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度，立柱、滑鞍質(zhì)量影響最大。其中，立柱、滑鞍質(zhì)量對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下Y向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度為負(fù)值，表示隨著立柱、滑鞍質(zhì)量增加，Y向最大振幅響應(yīng)值減小。

如圖3d所示，通過(guò)二次多項(xiàng)式響應(yīng)面模型分析得到的各基礎(chǔ)大件質(zhì)量特性參數(shù)對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下Z向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度，立柱、滑鞍質(zhì)量影響最大。其中，立柱、滑鞍質(zhì)量對(duì)主軸箱端部在簡(jiǎn)諧力作用下Z向最大振幅響應(yīng)值的靈敏度為負(fù)值，表示隨著立柱、滑鞍質(zhì)量增加，Z向最大振幅響應(yīng)值減小。