加工中心典型支承件结构分析及优化设计

发布时间：2017-04-23 03:04

  本文关键词：加工中心典型支承件结构分析及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国民经济的飞速发展和信息技术产业的突飞猛进,对于制造行业尤其是机床行业的要求也越来越高。传统的机床设计方法在设计过程中主要依靠经验设计,而且设计周期长,缺乏有效的理论依据作为指导。本文将基于拓扑优化技术,应用机床典型支承件设计方法,实现对机床关键支承件的结构分析以及优化设计,从而为后续的机床支承件结构设计研究提供参考依据。 本文的主要研究内容为： (1)建立立式加工中心立柱的力学模型,阐述典型工况切削力计算依据,分析立柱在各种加工况下的载荷状况以及不同位置工况的边界条件,为立柱结构分析及设计提供基础条件。 (2)利用ANSYS软件对立柱三个典型位置工况进行结构分析,分析计算结果,找出结构中薄弱部位,为优化提供依据。同时利用基于拓扑优化的结构设计方法,对立式加工中心立柱结构进行优化设计,利用HyperMesh软件对不同工况及优化目标下的立柱进行拓扑优化,对优化结果进行有效的分析,建立立柱在不同目标下的概念模型。 (3)利用基于OptiStruct的结构优化设计方法,对立式加工中心立柱结构进行改进设计。设计过程中,根据主传力路径与结构分析结果,提出不同的结构改进方案,分析对比改进方案,找出最优方案。然后对立柱结构进行精细化设计,并将改进结构与原始结构进行结构对比分析,改进结构较原结构质量减轻了7.30%,综合变形减小了12.68%,一阶固有频率提高了10.13%，，因此改进设计取得了良好的优化效果。 (4)总结归纳出机床典型支承件的结构设计流程,通过对机床典型支承件的结构优化设计过程,验证了此流程在机床支承件设计领域的可应用性。
【关键词】：加工中心 立柱 结构分析 优化设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题来源及背景10-11
• 1.2 机床结构优化研究11-14
• 1.2.1 结构优化方法的发展11-12
• 1.2.2 国内机床研究现状12-13
• 1.2.3 国外机床研究现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 2 结构拓扑优化理论及有限元方法理论15-24
• 2.1 结构拓扑优化理论基础15-19
• 2.1.1 拓扑优化基本概念15
• 2.1.2 拓扑优化基本原理15-16
• 2.1.3 连续拓扑优化方法16-17
• 2.1.4 结构拓扑优化的数学模型17-19
• 2.2 有限元方法基础19-23
• 2.2.1 有限元法发展概况19-20
• 2.2.2 有限元法原理20-21
• 2.2.3 有限元法的基本步骤21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 3 加工中心立柱受力分析模型及边界条件24-40
• 3.1 立式加工中心简介及技术参数24-26
• 3.1.1 立式加工中心简介24-25
• 3.1.2 立式加工中心技术参数25-26
• 3.2 典型工况切削力计算依据26-28
• 3.2.1 钻削力计算依据26-27
• 3.2.2 铣削力计算依据27
• 3.2.3 镗削力计算依据27-28
• 3.3 切削力计算的参数设置28-35
• 3.3.1 钻削力计算28-29
• 3.3.2 铣削力计算29-30
• 3.3.3 镗削力计算30
• 3.3.4 本文切削力计算30-31
• 3.3.5 受力分析模型31-35
• 3.4 加工中心立柱边界条件的确定35-39
• 3.4.1 载荷约束施加位置36
• 3.4.2 典型位置工况边界条件分析36-38
• 3.4.3 载荷条件计算38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 典型支承件结构分析及拓扑优化40-65
• 4.1 基于ANSYS的机床典型支承件结构分析40-58
• 4.1.1 立柱三维模型的建立及简化40-42
• 4.1.2 有限元分析模型的建立42-44
• 4.1.3 立柱静力学分析44-51
• 4.1.4 立柱动力学分析51-53
• 4.1.5 有限元计算精度分析53-58
• 4.2 基于OptiStruct的立柱拓扑优化58-64
• 4.2.1 立柱优化模型建立58-60
• 4.2.2 立柱拓扑优化60-62
• 4.2.3 立柱优化结果62-64
• 4.3 本章小结64-65
• 5 基于传力路径下的立柱结构优化设计65-77
• 5.1 立柱概念模型65-66
• 5.2 立柱结构设计方案66-70
• 5.2.1 筋板的布置方案67-69
• 5.2.2 尺寸设计69-70
• 5.3 立柱结构精细化设计70-72
• 5.3.1 立柱筋板重新布置70-71
• 5.3.2 立柱工艺设计71-72
• 5.4 立柱结构改进模型性能分析72-74
• 5.5 机床典型支承件结构设计流程74-76
• 5.6 本章小结76-77
• 结论77-78
• 参考文献78-80
• 致谢80-81

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 邢俏芳;机床支承件元结构设计方法[D];大连理工大学;2013年

2 侯国龙;基于拓扑优化的热几何稳定性设计方法[D];大连理工大学;2013年

3 彭彪;木托盘的参数化设计及其应用[D];陕西科技大学;2013年

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本文编号：321712