本文關鍵詞：機床結構動態(tài)設計與優(yōu)化關鍵技術研究與應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 隨著現(xiàn)代制造技術向高精度、高效率、自動化、信息化和微小化發(fā)展,對現(xiàn)代數(shù)控機床的要求越來越高。目前我國數(shù)控機床的動態(tài)優(yōu)化設計水平落后,不能及時設計出高性能機床響應市場需求。為了提高機床動態(tài)性能指標及設計的效率,本文在分析機械結構靜、動態(tài)分析原理及機床動態(tài)設計原理的基礎上,提出一種基于模塊化思想、有限元分析與智能優(yōu)化相結合的機床結構創(chuàng)新和優(yōu)化設計方法。 首先,根據(jù)機床結構的分級特性將其劃分為機床大件模塊、虛擬模塊等,機床的動態(tài)性能和創(chuàng)新取決于這些機床基本組成結構的性能和特征,并提出基于虛擬模塊技術的機床大件動態(tài)設計與復合優(yōu)化方法,主要包括基于BP-GA機床大件框結構關鍵尺寸復合優(yōu)化和基于虛擬模塊化設計的機床大件局部特征優(yōu)化設計兩部分內容。 然后以某立式加工中心的立柱與主軸箱復合優(yōu)化為例,論述了基于人工神經網(wǎng)絡和遺傳算法的機床大件框結構關鍵尺寸復合優(yōu)化方法,給出了大件模塊結構的尺寸優(yōu)化設計變量的自動搜索尋優(yōu)計算方法及整機部件間的協(xié)調優(yōu)化方法,實現(xiàn)部件間關鍵尺寸的快速協(xié)調優(yōu)化,提高產品的性能和設計效率。 接著闡述了在大件框結構尺寸確定情況下,基于虛擬模塊化設計的機床大件局部特征優(yōu)化設計原理。在分析加工中心布局的基礎上,利用有限元分析軟件軟件Hypermesh和ANSYS對各主要部件及整機進行靜、動態(tài)特性分析,提出基于虛擬模塊的機床大件結構動態(tài)優(yōu)化設計方法,研究了筋格元結構和框結構工藝孔對大件性能的影響,并給出五面體加工中心方箱和工作臺的優(yōu)化案例,說明該方法的有效性。 并以五面體加工中心的銑頭體為例,對機床主軸系統(tǒng)熱特性進行了初步研究。最后總結了全文的主要結論,得出一些有益的結論,并提出了進一步研究的設想。
【關鍵詞】：機床 動態(tài)設計 復合優(yōu)化 模塊化 有限元
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TG502
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 本課題的國內外研究狀況13-16
• 1.2 本課題的選題依據(jù)及來源16-17
• 1.2.1 選題依據(jù)16-17
• 1.2.2 課題的來源17
• 1.3 人工神經網(wǎng)絡及遺傳算法在機械動態(tài)設計中的應用17-19
• 1.3.1 人工神經網(wǎng)絡及在機械動態(tài)設計中的應用17-18
• 1.3.2 遺傳算法在結構優(yōu)化中的應用18-19
• 1.4 論文的主要研究內容19-21
• 第二章 機床大件結構動態(tài)設計與復合優(yōu)化方法研究21-34
• 2.1 機械結構靜、動態(tài)設計原理與機床結構動態(tài)優(yōu)化設計21-23
• 2.1.1 機械結構靜、動態(tài)設計原理21-22
• 2.1.2 機床結構動態(tài)優(yōu)化設計22-23
• 2.2 基于神經網(wǎng)絡與遺傳算法的機床大件間關鍵尺寸協(xié)調優(yōu)化23-27
• 2.2.1 基于神經網(wǎng)絡模型分析的特點24-25
• 2.2.2 基于神經網(wǎng)絡的結構智能優(yōu)化的實現(xiàn)25-27
• 2.3 基于虛擬模塊的機械結構動態(tài)設計關鍵技術27-33
• 2.3.1 虛擬模塊的劃分與無縫連接技術27-29
• 2.3.2 有限元模型的建立29-32
• 2.3.3 基于虛擬模塊的機床大件結構動態(tài)優(yōu)化設計32-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第三章 基于BP—GA的機床大件框結構關鍵尺寸復合優(yōu)化34-52
• 3.1 神經網(wǎng)絡樣本的獲取35-38
• 3.1.1 參數(shù)化模型的建立35-37
• 3.1.2 神經網(wǎng)絡樣本采集37-38
• 3.2 BP神經網(wǎng)絡及MATLAB實現(xiàn)38-44
• 3.2.1 BP神經網(wǎng)絡原理38-41
• 3.2.2 BP神經網(wǎng)絡的初始化41-42
• 3.2.3 BP神經網(wǎng)絡的MATLAB實現(xiàn)42-44
• 3.3 遺傳優(yōu)化算法44-47
• 3.4 立柱與主軸箱結構關鍵尺寸的復合優(yōu)化47-51
• 3.4.1 優(yōu)化數(shù)學模型47-48
• 3.4.2 基于MATLAB的BP—GA優(yōu)化程序實現(xiàn)48-51
• 3.5 本章小結51-52
• 第四章 基于虛擬模塊的五面體加工中心建模、分析與優(yōu)化52-73
• 4.1 龍門式五面體加工中心布局、結構特點53
• 4.2 五面體加工中心有限元建模53-56
• 4.2.1 五面體加工中心整機與零、部件CAD建模53-55
• 4.2.2 五面體加工中心有限元模型的建立55-56
• 4.3 五面體加工中心靜、動態(tài)特性分析56-64
• 4.3.1 基于有限元分析軟件的機床靜、動態(tài)特性分析實現(xiàn)56-62
• 4.3.2 五面體加工中心整機及主要部件靜、動態(tài)特性分析62-64
• 4.4 基于虛擬模塊大件結構動態(tài)優(yōu)化設計64-66
• 4.4.1 元結構對大件性能的影響64-65
• 4.4.2 框結構大件性能的影響65-66
• 4.5 方箱結構動態(tài)優(yōu)化設計66-70
• 4.5.1 方箱結構布局分析66-67
• 4.5.2 方箱結構優(yōu)化改進67-70
• 4.6 工作臺結構動態(tài)優(yōu)化設計70-71
• 4.7 本章小結71-73
• 第五章 五面體加工中心銑頭體熱特性研究73-87
• 5.1 傳熱學基礎73-78
• 5.1.1 熱傳遞的三種基本方式73-75
• 5.1.2 溫度場與溫度梯度75-76
• 5.1.3 邊界條件76-78
• 5.2 溫度場的有限元法78-81
• 5.2.1 溫度場有限元法的基本思想78-79
• 5.2.2 溫度場離散化79
• 5.2.3 溫度場有限元法求解步驟79-81
• 5.3 主軸系統(tǒng)發(fā)熱量計算及熱性能系數(shù)確定81-84
• 5.3.1 主軸系統(tǒng)熱源與發(fā)熱量計算81-82
• 5.3.2 主軸系統(tǒng)熱性能系數(shù)確定82-84
• 5.4 五面體加工中心銑頭體溫度場分析84-85
• 5.5 五面體加工中心銑頭體熱—力結構耦合分析85-86
• 5.6 本章小結86-87
• 第六章 總結與展望87-89
• 6.1 總結87-88
• 6.2 展望88-89
• 參考文獻89-91
• 附錄91-101
• 致謝101-103
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄103

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