本文關(guān)鍵詞：高速臥式加工中心靜動態(tài)性能分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：加工過程中的振動問題是造成機床精度下降的主要原因,振動劇烈時甚至?xí)绊懙綑C床的使用性能,降低機床的壽命。機床關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及布局直接影響到整機的加工精度,如何在降低機床質(zhì)量的前提下,保證或改善機床的靜動態(tài)性能已成為當(dāng)前機床結(jié)構(gòu)件優(yōu)化研究的熱點。本文依托“國家十二五科技支撐計劃課題”,以HMC-63h高速臥式加工中心為研究對象,通過理論模型分析、有限元建模等方法,研究機床中的主要結(jié)構(gòu)件立柱、滑鞍、床身對整機靜動態(tài)性能的影響,提出了零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法,并進行優(yōu)化設(shè)計。主要內(nèi)容如下:(1)從機床結(jié)構(gòu)動力學(xué)理論出發(fā),完成了多自由度阻尼系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)分析,并采用彈簧-阻尼單元對機床中的滑動導(dǎo)軌結(jié)合面、立柱與床身之間的螺栓固定結(jié)合面進行模擬,建立了整機的有限元等效動力學(xué)模型,為后續(xù)機床靜動態(tài)性能的分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。(2)通過對整機進行模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析,識別出立柱是影響整機動態(tài)性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。以立柱為優(yōu)化對象,提出了一種基于拓?fù)鋬?yōu)化、筋板優(yōu)選與尺寸優(yōu)化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,并設(shè)計出了一種帶有W形筋板結(jié)構(gòu)的立柱優(yōu)化方案。通過對比優(yōu)化前后立柱單件及整機的靜動態(tài)性能,驗證了該優(yōu)化結(jié)構(gòu)的有效性。(3)根據(jù)靈敏度分析結(jié)果獲得了對滑鞍結(jié)構(gòu)動態(tài)性能影響較大的尺寸參數(shù),并采用響應(yīng)面優(yōu)化方法對這些尺寸參數(shù)進行優(yōu)化。分析結(jié)果表明,在不影響機床靜動態(tài)性能的前提下,按優(yōu)化后的尺寸參數(shù)設(shè)計的滑鞍結(jié)構(gòu)其質(zhì)量減輕了7%,這有效的降低了機床的能耗,改善了機床運動零部件系統(tǒng)的靈活性與加速性能。(4)對床身元結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進行了研究。首先利用元結(jié)構(gòu)已有的優(yōu)化分析結(jié)論,對床身結(jié)構(gòu)進行多目標(biāo)優(yōu)化。然后,分析了元結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的不足,在對床身元結(jié)構(gòu)進行提取、分析及優(yōu)化的基礎(chǔ)上提出了元結(jié)構(gòu)二次優(yōu)化方法。最后,對床身結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果以及元結(jié)構(gòu)二次優(yōu)化方法進行了驗證分析,評價了床身各優(yōu)化方案的有效性。
【關(guān)鍵詞】：高速臥式加工中心 動態(tài)性能 結(jié)合面 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 諧響應(yīng)分析
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 問題的提出10-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 臥式加工中心結(jié)構(gòu)布局特點12-13
• 1.3.2 機床動力學(xué)分析及結(jié)合面建模13-15
• 1.3.3 機床結(jié)構(gòu)件優(yōu)化方法15-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容16-18
• 第二章 動力學(xué)分析理論與機床有限元建模18-30
• 2.1 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析理論18-22
• 2.1.1 模態(tài)分析理論18-19
• 2.1.2 多自由度阻尼系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)19-22
• 2.2 機床結(jié)合面的建模22-28
• 2.2.1 HMC-63h高速臥式加工中心結(jié)構(gòu)22-23
• 2.2.2 機床結(jié)合面等效動力學(xué)模型23-24
• 2.2.3 結(jié)合面等效參數(shù)的確定24-28
• 2.3 HMC-63h整機有限元模型的建立28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 HMC-63h靜動態(tài)性能分析與立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化30-51
• 3.1 HMC-63h機床靜動態(tài)性能分析30-36
• 3.1.1 切削力的計算30-31
• 3.1.2 HMC-63h靜剛度分析31-32
• 3.1.3 HMC-63h模態(tài)分析32-35
• 3.1.4 HMC-63h諧響應(yīng)分析35-36
• 3.2 立柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計36-46
• 3.2.1 變密度法拓?fù)鋬?yōu)化36-38
• 3.2.2 立柱的拓?fù)鋬?yōu)化38-42
• 3.2.3 立柱外形的設(shè)計42-43
• 3.2.4 筋板選型與尺寸優(yōu)化43-46
• 3.3 立柱優(yōu)化結(jié)果的驗證46-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 基于靈敏度分析的滑鞍結(jié)構(gòu)輕量化51-63
• 4.1 靈敏度分析理論51-52
• 4.2 響應(yīng)面優(yōu)化方法52-54
• 4.3 滑鞍模態(tài)分析54-57
• 4.4 滑鞍結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計57-60
• 4.4.1 滑鞍結(jié)構(gòu)尺寸靈敏度分析57-58
• 4.4.2 滑鞍結(jié)構(gòu)的輕量化58-60
• 4.5 滑鞍優(yōu)化結(jié)果的驗證60-62
• 4.6 本章小結(jié)62-63
• 第五章 床身元結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究63-80
• 5.1 元結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法63-64
• 5.2 基于元結(jié)構(gòu)方法的床身多目標(biāo)優(yōu)化64-69
• 5.2.1 床身結(jié)構(gòu)靜動態(tài)性能分析64-66
• 5.2.2 床身結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化研究66-69
• 5.3 床身元結(jié)構(gòu)二次優(yōu)化方法69-73
• 5.3.1 床身元結(jié)構(gòu)的提取70
• 5.3.2 元結(jié)構(gòu)出砂孔形狀優(yōu)選70-71
• 5.3.3 元結(jié)構(gòu)出砂孔尺寸優(yōu)化71-72
• 5.3.4 床身結(jié)構(gòu)整體的尺寸優(yōu)化72-73
• 5.4 床身優(yōu)化結(jié)果的驗證73-78
• 5.4.1 床身多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果的驗證73-75
• 5.4.2 床身元結(jié)構(gòu)二次優(yōu)化結(jié)果的驗證75-78
• 5.5 本章小結(jié)78-80
• 第六章 總結(jié)與展望80-82
• 6.1 全文總結(jié)80-81
• 6.2 研究展望81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻83-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果87-88
• 已發(fā)表或錄用的學(xué)術(shù)論文87
• 專利申請情況87
• 碩士期間參與的科研項目87-88

【參考文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王宇奇;YK20100磨齒機主要部件的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];中南大學(xué);2009年

2 王軼;立式加工中心動態(tài)性能分析與優(yōu)化[D];清華大學(xué);2011年

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本文編號：787874