立式加工中心静动态特性分析及关键部件优化

发布时间：2017-05-23 11:27

  本文关键词：立式加工中心静动态特性分析及关键部件优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自从加工中心面世以来,加工中心因其高效、高速、高精度等特点,在航空航天、工程机械、船舶、汽车、模具等行业得到了广泛的应用。而实现高速高精的加工要求需要机床具有良好的静动态特性。因此对加工中心关键部件及整机进行静动态特性分析已成为设计的必要环节,为提高机床整体性能提供了技术支持。 在分析总结国内外数控机床静动特性分析和结构优化设计技术研究进展基础上,本文以某款立式加工中心作为研究对象,利用ANSYS Workbench软件分析加工中心的静动态特性,并对关键部件横梁进行了优化设计,主要进行以下几个方面的研究： 首先,阐述了有限元法的基本思想和原理,总结了运用有限元方法进行静力分析和动态分析的理论方法,介绍了有限元软件ANSYS Workbench平台的功能和使用。 其次,运用三维建模软件Pro/E对机床结构进行了合理的几何模型简化,利用软件接口导入有限元分析软件ANSYS Workbench中建立了加工中心关键部件及整机的有限元模型。 然后,通过施加载荷和约束边界,对关键部件和整机进行静力分析,得到各部件和整机的变形云图和应力分布云图。通过对关键部件和整机进行模态分析,得到低阶固有频率和振型,找出机床的薄弱环节,避免共振带来的损失。 最后,采用拓扑优化的结构设计方法对横梁部件进行了结构优化设计。基于Hyper Works软件的拓扑优化结果,对横梁进行了结构优化设计。分析结果显示,新方案较原方案相比,不仅减轻了重量,还有效提高横梁的静动态性能,取得了很好的优化效果。 本文对立式加工中心的静动特性分析和拓扑优化技术的研究应用可为实际工程设计提供有效的参考。
【关键词】：加工中心 有限元分析 静力分析 动态特性分析 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10-16
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 机床静动力学分析研究现状11-12
• 1.3 机床结构优化设计研究进展12-14
• 1.4 论文主要研究内容与工作14-16
• 2 基于有限元理论的静动力学分析方法16-23
• 2.1 有限元方法简介16
• 2.2 结构动态有限元方程16-18
• 2.2.1 单元的动力学方程16-18
• 2.2.2 机械结构的动力学方程18
• 2.3 静力学分析理论及方法18-19
• 2.4 动力学分析理论及方法19-21
• 2.5 有限元软件介绍21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 3 加工中心有限元方法建模23-30
• 3.1 加工中心介绍23-24
• 3.2 加工中心的实体建模24-26
• 3.3 加工中心的有限元建模26-29
• 3.3.1 设定材料属性26-27
• 3.3.2 网格划分27-28
• 3.3.3 边界约束28
• 3.3.4 载荷施加28-29
• 3.3.5 结合面处理29
• 3.4 本章小结29-30
• 4 加工中心的静力学分析30-38
• 4.1 加工中心静力学分析思路30-31
• 4.2 切削载荷计算31-32
• 4.3 关键部件的静力分析32-35
• 4.3.1 主轴箱静力分析32
• 4.3.2 滑枕静力分析32-33
• 4.3.3 横梁静力分析33-34
• 4.3.4 立柱静力分析34-35
• 4.3.5 床身静力分析35
• 4.4 加工中心整机的静力分析35-37
• 4.5 本章小结37-38
• 5 加工中心的动态特性分析38-47
• 5.1 关键部件的模态分析38-44
• 5.1.1 主轴箱模态分析38-39
• 5.1.2 滑枕模态分析39-41
• 5.1.3 横梁模态分析41-42
• 5.1.4 立柱模态分析42-43
• 5.1.5 床身模态分析43-44
• 5.2 加工中心整机的模态分析44-46
• 5.3 本章小结46-47
• 6 加工中心横梁结构的拓扑优化设计47-59
• 6.1 拓扑优化设计理论及方法47-50
• 6.1.1 拓扑优化基本原理47-48
• 6.1.2 拓扑优化数学模型48-49
• 6.1.3 拓扑优化设计流程49-50
• 6.2 横梁结构拓扑优化50-54
• 6.2.1 建立拓扑优化模型50-51
• 6.2.2 约束条件51
• 6.2.3 载荷条件51-52
• 6.2.4 工况分析52-53
• 6.2.5 优化计算53
• 6.2.6 查看优化结果53-54
• 6.3 横梁结构优化设计54-55
• 6.4 优化结果对比55-58
• 6.4.1 静刚度比较55-56
• 6.4.2 动态特性比较56-58
• 6.5 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张福庆;整体叶盘磨抛机床虚拟样机研究[D];吉林大学;2013年

  本文关键词：立式加工中心静动态特性分析及关键部件优化，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：387832