本文關鍵詞：立式加工中心支承系統(tǒng)的結構優(yōu)化設計

  更多相關文章： 加工中心 支承系統(tǒng) 敏感性分析 靜剛度試驗 優(yōu)化設計

【摘要】：數(shù)控機床結構設計是高端裝備制造業(yè)的重要組成部分。隨著我國制造業(yè)轉型升級面臨重要戰(zhàn)略機遇,亟需加快數(shù)字化結構設計進程,快速掌握機床結構薄弱環(huán)節(jié),研究數(shù)控機床設計開發(fā)、分析評估、改進優(yōu)化成為亟待解決的主要問題。基于此,本課題提出立式加工中心支承系統(tǒng)的結構優(yōu)化設計。它是以支承件為基礎,通過分析涵蓋靜聯(lián)接與動聯(lián)接的支承系統(tǒng)靜態(tài)性能,研究系統(tǒng)靜態(tài)精度對支承件位移參數(shù)的敏感程度,獲取高影響程度支承結構,設計或優(yōu)化其結構的設計方法。本課題受國家科技重大專項(NO.2012ZX0401001 1)資金支持。延續(xù)課題組所提出的支承件模型化設計、拓撲優(yōu)化設計、結構方案設計和性能計算與評價的設計流程,研究支承系統(tǒng)的有限元靜態(tài)分析,在模擬支承系統(tǒng)位移場的基礎上進行支承件與靜態(tài)精度的關聯(lián)工作,提煉出支承系統(tǒng)的結構優(yōu)化設計方法。本文圍繞著立式加工中心支承系統(tǒng)的設計過程開展了以下工作：1.立式加工中心支承系統(tǒng)的有限元靜態(tài)分析。以三軸立式加工中心為研究對象,具體闡述了有限元法理論基礎,概括有限元靜態(tài)分析的運算方法、計算流程和實例應用,涵蓋物理模型建立和螺釘、滾動導軌副有限元等效,模擬切削載荷下機床的靜態(tài)位移場。2.立式加工中心支承系統(tǒng)的敏感性分析。通過拓撲結構描述機床支承件的相互鄰接關系,基于齊次坐標變換描述各支承件位移參數(shù)與靜態(tài)精度的關聯(lián)關系,以敏感性形式完成支承件位移參數(shù)對機床靜態(tài)精度的影響程度。結果顯示,立柱是該立式加工中心支承系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。3.立式加工中心整機靜剛度試驗。明確了機床整機的靜剛度測試過程,包括試驗原理、試驗儀器和試驗過程,總結測試中的注意事項,記錄了梯度載荷下機床的相對位移。通過對試驗數(shù)據(jù)進行對比分析,驗證了支承系統(tǒng)有限元靜態(tài)分析、支承件位移參數(shù)與靜態(tài)精度關聯(lián)模型的有效性。4.立式加工中心支承結構的優(yōu)化設計�；诿舾行苑治鼋Y果,以支承系統(tǒng)靜態(tài)精度影響明顯的立柱為例進行了拓撲優(yōu)化設計,提出了結構單元的設計方法。在此基礎上,將該機床的刀尖最大變形量作為優(yōu)化設計的目標,兼顧支承系統(tǒng)的質(zhì)量與固有頻率,建立了支承系統(tǒng)中涉及立柱壁板和結構單元的尺度優(yōu)化設計方法。最后,立式加工中心支承系統(tǒng)在保證質(zhì)量相對不變的條件下,對比分析了新設計方案與原方案的性能,其結果剛性提高了5%-1l%。
【關鍵詞】：加工中心 支承系統(tǒng) 敏感性分析 靜剛度試驗 優(yōu)化設計
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 課題來源10
• 1.2 研究背景及研究目的10-11
• 1.3 機床結構設計與分析方法研究現(xiàn)狀11-20
• 1.3.1 機床結構設計方法概述11-14
• 1.3.2 機床聯(lián)接件約束模型等效14-16
• 1.3.3 機床加工精度建模與分析16-18
• 1.3.4 本課題組取得研究成果18-20
• 1.4 本文研究工作20-21
• 2 立式加工中心支承系統(tǒng)的有限元靜態(tài)分析21-31
• 2.1 式加工中心概述21-23
• 2.2 有限元法理論基礎23-24
• 2.2.1 有限元基本原理23
• 2.2.2 非線性有限元方法簡介23-24
• 2.3 機床靜態(tài)結構分析有限元模型24-26
• 2.3.1 立式加工中心模型24-25
• 2.3.2 有限元單元類型與材料屬性25-26
• 2.4 機床聯(lián)接件等效方法26-29
• 2.4.1 螺釘聯(lián)接等效26-27
• 2.4.2 滾動導軌等效27-28
• 2.4.3 絲杠與軸承座等效28-29
• 2.5 機床靜態(tài)位移場29-30
• 2.6 本章小結30-31
• 3 立式加工中心支承系統(tǒng)的敏感性分析31-44
• 3.1 機床拓撲結構及低序體陣列方法31-33
• 3.1.1 機床拓撲結構31-32
• 3.1.2 機床低序體陣列方法32-33
• 3.2 支承系統(tǒng)位姿狀態(tài)描述33-37
• 3.2.1 機床支承件位移參數(shù)的分類33
• 3.2.2 坐標系的定義33-34
• 3.2.3 支承件運動學變換矩陣34-37
• 3.3 支承件位移參數(shù)與靜態(tài)精度的關聯(lián)37-38
• 3.4 機床支承系統(tǒng)的敏感性分析38-43
• 3.4.1 機床支承件的敏感性系數(shù)39-41
• 3.4.2 機床支承件的敏感因子41-43
• 3.5 本章小結43-44
• 4 立式加工中心整機靜剛度試驗44-50
• 4.1 試驗目的與試驗原理44-45
• 4.1.1 試驗目的44
• 4.1.2 試驗原理44-45
• 4.2 試驗儀器與試驗過程45-47
• 4.2.1 試驗儀器45-47
• 4.2.2 試驗過程47
• 4.3 試驗數(shù)據(jù)分析47-49
• 4.4 本章小結49-50
• 5 立式加工中心支承結構的優(yōu)化設計50-66
• 5.1 立式加工中心支承件的拓撲優(yōu)化設計51-54
• 5.1.1 立式加工中心支承件的概念模型設計51-53
• 5.1.2 立式加工中心支承件的主體結構設計53-54
• 5.2 立式加工中心支承件的結構單元設計54-59
• 5.2.1 機床結構單元的分類與性能55-58
• 5.2.2 立式加工中心支承件的結構單元設計58-59
• 5.3 立式加工中心支承件的尺度優(yōu)化設計59-63
• 5.3.1 支承件的尺度優(yōu)化目標與變量59-61
• 5.3.2 支承件的尺度優(yōu)化結果61-63
• 5.4 立式加工中心結構方案性能分析63-65
• 5.5 本章小結65-66
• 結論66-68
• 參考文獻68-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況71-72
• 致謝72-73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 沈詣;洪榮晶;高學海;陳捷;王華;;大型結構的螺栓連接有限元簡化方法與驗證[J];機械設計與制造;2012年08期

2 楊佳文;黃巧林;;大口徑反射鏡結構參數(shù)優(yōu)化設計[J];中國空間科學技術;2011年04期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李天箭;超精密機床多尺度集成設計方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

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本文編號：930917