本文關(guān)鍵詞：滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接及床身結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著綜合國力和企業(yè)間競爭力的提高,市場對機(jī)床裝備制造業(yè)提出了更高的要求。高速、高效和高精已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)床行業(yè)的必然發(fā)展趨勢。由于滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)和支承件結(jié)構(gòu)對機(jī)器性能有很大的影響,因此,如何在綠色制造的前提下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)是當(dāng)今需要解決的問題。目前機(jī)床導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)和支承件結(jié)構(gòu)大多是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和機(jī)床手冊進(jìn)行的保守設(shè)計(jì),并且機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是沿用前人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行局部的改進(jìn)。本文針對滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接和支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題做了研究。在國家科技重大專項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床數(shù)字化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)與工具集研發(fā)及典型產(chǎn)品應(yīng)用”(NO.2012ZX04010011)的子課題“數(shù)控機(jī)床支承零件設(shè)計(jì)優(yōu)化工具與規(guī)范”的支持下,在機(jī)床滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接設(shè)計(jì)方面,研究了機(jī)床導(dǎo)軌聯(lián)接的結(jié)構(gòu)布局,提出了一套直線導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；在機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,基于拓?fù)鋬?yōu)化理論,對床身支承件進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和性能分析與評價(jià),推廣了支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用范圍。主要工作內(nèi)容有如下幾個(gè)方面：(1)針對課題來源和研究背景,闡述了課題的研究目的和意義；綜述了機(jī)床導(dǎo)軌聯(lián)接和支承件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)方法；概括了本課題組在滾動(dòng)導(dǎo)軌和機(jī)床支承件設(shè)計(jì)方面的研究基礎(chǔ)。同時(shí)對本文研究過程中采用包括有限元理論,結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論以及函數(shù)擬合的響應(yīng)曲面法等理論基礎(chǔ)進(jìn)行了介紹。(2)調(diào)研并歸納了機(jī)床聯(lián)接的基本結(jié)構(gòu)形式；依據(jù)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌聯(lián)接的空間位置關(guān)系,建立了滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接布局方案原則；針對不同的布局方案,分析了特定載荷條件下滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接三種不同結(jié)構(gòu)形式靜態(tài)性能,同時(shí)分析了復(fù)雜工況下導(dǎo)軌聯(lián)接位置布局對整機(jī)性能的影響規(guī)律。(3)基于響應(yīng)曲面法對滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,以有限元方法理論為指導(dǎo),建立滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)模型,通過靜動(dòng)態(tài)性能分析,形成了導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)性能數(shù)據(jù)庫。其次,依據(jù)正交試驗(yàn)法建立了典型工況條件下直線導(dǎo)軌副的特征參數(shù)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型；并通過優(yōu)化指標(biāo)靈敏度分析,得到導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)(導(dǎo)軌跨距和滑塊間距)對優(yōu)化指標(biāo)的影響規(guī)律,最后,采用多目標(biāo)遺傳算法確定了特征參數(shù)的最優(yōu)解集。(4)以某立式加工中心為例,對床身支承件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和性能分析。首先,通過等效實(shí)際工況載荷和邊界約束,建立支承件有限元物理模型；其次,基于拓?fù)鋬?yōu)化理論借助Workbench平臺(tái),獲取支承件的最佳材料分布,建立支承件的概念模型,并通過壁板和筋板的選型,得到床身結(jié)構(gòu)構(gòu)型。然后,針對床身支承件的結(jié)構(gòu)構(gòu)型方案,選取支承件特征尺寸,采用ANSYS Workbench對其進(jìn)行尺寸優(yōu)化,確定床身的最佳結(jié)構(gòu)尺寸；最后,對優(yōu)化前后床身支承件的靜、動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證新方案的可行性與合理性。結(jié)果表明：床身新方案與床身原方案靜態(tài)性能相差不大,在不低于原方案靜態(tài)性能的前提下,減重6.9%；床身新方案與原方案前三階模態(tài)振型基本一致,而新方案前三固有頻率比原方案分別提高18.3%、7.0%和2.7%,滿足了動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。
【關(guān)鍵詞】：滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 特征參數(shù) 響應(yīng)曲面法 拓?fù)鋬?yōu)化 靜動(dòng)態(tài)性能
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題研究背景和研究目的10-11
• 1.3 機(jī)床滾動(dòng)導(dǎo)軌和支承件研究綜述11-18
• 1.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接面研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.3 課題組滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接與支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)15-18
• 1.4 本文的研究工作18-20
• 2 理論基礎(chǔ)20-26
• 2.1 有限單元法理論20-21
• 2.1.1 有限單元法的基本思想20
• 2.1.2 有限單元法的求解步驟20-21
• 2.2 結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論21-22
• 2.2.1 拓?fù)鋬?yōu)化方法基本原理21-22
• 2.2.2 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法22
• 2.3 函數(shù)擬合的響應(yīng)曲面法22-25
• 2.3.1 函數(shù)響應(yīng)曲面法基本思想22-23
• 2.3.2 函數(shù)響應(yīng)曲面法求解步驟23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)布局性能分析26-42
• 3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接面的基本形式26-27
• 3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)布局形式27-32
• 3.2.1 加工中心總體布局形式27-30
• 3.2.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接移動(dòng)副結(jié)構(gòu)形式30-31
• 3.2.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)31-32
• 3.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)布局性能分析32-41
• 3.3.1 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副載荷分配32-34
• 3.3.2 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副等效方式34-36
• 3.3.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接結(jié)構(gòu)布局靜態(tài)性能對比分析36-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 基于響應(yīng)曲面法導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)42-53
• 4.1 基于響應(yīng)曲面法特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程42-44
• 4.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接組件靜動(dòng)態(tài)性能分析44-46
• 4.2.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)44
• 4.2.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接組件物理模型44-45
• 4.2.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接組件靜動(dòng)態(tài)性能分析45-46
• 4.3 基于響應(yīng)曲面法導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)優(yōu)化46-52
• 4.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)單因子研究46-47
• 4.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)多因子研究47-51
• 4.3.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌聯(lián)接特征參數(shù)優(yōu)化結(jié)果51-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 5 立式加工中心床身結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和性能分析53-75
• 5.1 立式加工中心床身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化指標(biāo)53-54
• 5.2 基于拓?fù)鋬?yōu)化的床身結(jié)構(gòu)構(gòu)型54-69
• 5.2.1 床身物理模型建立54-63
• 5.2.2 床身概念模型設(shè)計(jì)63-65
• 5.2.3 床身結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)65-69
• 5.3 床身靜、動(dòng)態(tài)性能分析與對比69-74
• 5.3.1 網(wǎng)格靈敏度分析69-70
• 5.3.2 床身原方案靜動(dòng)態(tài)性能分析70-71
• 5.3.3 床身新方案靜動(dòng)態(tài)性能分析71-73
• 5.3.4 床身方案性能對比73-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況79-80
• 致謝80-81

【參考文獻(xiàn)】

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1 倪國林;孫俊蘭;姜大志;;滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副各向載荷及剛度模型的研究[J];裝備制造技術(shù);2011年03期

2 張杰;復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合面動(dòng)力學(xué)建模及其參數(shù)識別方法的研究[J];機(jī)械強(qiáng)度;1996年02期

3 岑海堂,汪蘇,陳五一;結(jié)構(gòu)仿生新進(jìn)展[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2003年11期

4 李愛平;何琪;劉雪梅;;基于模塊間約束的機(jī)床布局優(yōu)化方法[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2013年01期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 邢俏芳;機(jī)床支承件元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[D];大連理工大學(xué);2013年

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本文編號：575632