本文關(guān)鍵詞：立式加工中心支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhuǎn)型升級(jí)面臨重要戰(zhàn)略機(jī)遇,亟需加快數(shù)字化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)程,快速掌握機(jī)床結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié),研究數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)開發(fā)、分析評(píng)估、改進(jìn)優(yōu)化成為亟待解決的主要問題�；诖�,本課題提出立式加工中心支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。它是以支承件為基礎(chǔ),通過分析涵蓋靜聯(lián)接與動(dòng)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(duì)支承件位移參數(shù)的敏感程度,獲取高影響程度支承結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)或優(yōu)化其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。本課題受國家科技重大專項(xiàng)(NO.2012ZX0401001 1)資金支持。延續(xù)課題組所提出的支承件模型化設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和性能計(jì)算與評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)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(chǔ)上進(jìn)行支承件與靜態(tài)精度的關(guān)聯(lián)工作,提煉出支承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。本文圍繞著立式加工中心支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)象,具體闡述了有限元法理論基礎(chǔ),概括有限元靜態(tài)分析的運(yùn)算方法、計(jì)算流程和實(shí)例應(yīng)用,涵蓋物理模型建立和螺釘、滾動(dòng)導(dǎo)軌副有限元等效,模擬切削載荷下機(jī)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述機(jī)床支承件的相互鄰接關(guān)系,基于齊次坐標(biāo)變換描述各支承件位移參數(shù)與靜態(tài)精度的關(guān)聯(lián)關(guān)系,以敏感性形式完成支承件位移參數(shù)對(duì)機(jī)床靜態(tài)精度的影響程度。結(jié)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(jī)靜剛度試驗(yàn)。明確了機(jī)床整機(jī)的靜剛度測試過程,包括試驗(yàn)原理、試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)過程,總結(jié)測試中的注意事項(xiàng),記錄了梯度載荷下機(jī)床的相對(duì)位移。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)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(guān)聯(lián)模型的有效性。4.立式加工中心支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)�；诿舾行苑治鼋Y(jié)果,以支承系統(tǒng)靜態(tài)精度影響明顯的立柱為例進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),提出了結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上,將該機(jī)床的刀尖最大變形量作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo),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(jié)構(gòu)單元的尺度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。最后,立式加工中心支承系統(tǒng)在保證質(zhì)量相對(duì)不變的條件下,對(duì)比分析了新設(shè)計(jì)方案與原方案的性能,其結(jié)果剛性提高了5%-1l%。
【關(guān)鍵詞】：加工中心 支承系統(tǒng) 敏感性分析 靜剛度試驗(yàn) 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析方法研究現(xiàn)狀11-20
• 1.3.1 機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法概述11-14
• 1.3.2 機(jī)床聯(lián)接件約束模型等效14-16
• 1.3.3 機(jī)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(chǔ)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(jī)床靜態(tài)結(jié)構(gòu)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(jī)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(dòng)導(dǎo)軌等效27-28
• 2.4.3 絲杠與軸承座等效28-29
• 2.5 機(jī)床靜態(tài)位移場29-30
• 2.6 本章小結(jié)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(jī)床拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及低序體陣列方法31-33
• 3.1.1 機(jī)床拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)31-32
• 3.1.2 機(jī)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(jī)床支承件位移參數(shù)的分類33
• 3.2.2 坐標(biāo)系的定義33-34
• 3.2.3 支承件運(yùn)動(dòng)學(xué)變換矩陣34-37
• 3.3 支承件位移參數(shù)與靜態(tài)精度的關(guān)聯(lián)37-38
• 3.4 機(jī)床支承系統(tǒng)的敏感性分析38-43
• 3.4.1 機(jī)床支承件的敏感性系數(shù)39-41
• 3.4.2 機(jī)床支承件的敏感因子41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 4 立式加工中心整機(jī)靜剛度試驗(yàn)44-50
• 4.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c試驗(yàn)原理44-45
• 4.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>44
• 4.1.2 試驗(yàn)原理44-45
• 4.2 試驗(yàn)儀器與試驗(yàn)過程45-47
• 4.2.1 試驗(yàn)儀器45-47
• 4.2.2 試驗(yàn)過程47
• 4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 5 立式加工中心支承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)50-66
• 5.1 立式加工中心支承件的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)51-54
• 5.1.1 立式加工中心支承件的概念模型設(shè)計(jì)51-53
• 5.1.2 立式加工中心支承件的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53-54
• 5.2 立式加工中心支承件的結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)54-59
• 5.2.1 機(jī)床結(jié)構(gòu)單元的分類與性能55-58
• 5.2.2 立式加工中心支承件的結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)58-59
• 5.3 立式加工中心支承件的尺度優(yōu)化設(shè)計(jì)59-63
• 5.3.1 支承件的尺度優(yōu)化目標(biāo)與變量59-61
• 5.3.2 支承件的尺度優(yōu)化結(jié)果61-63
• 5.4 立式加工中心結(jié)構(gòu)方案性能分析63-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況71-72
• 致謝72-73

【參考文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李天箭;超精密機(jī)床多尺度集成設(shè)計(jì)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：930917