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文檔簡介
1、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?;诖?,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
2、大專項(NO.2012ZX04010011)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。
本研究主要內(nèi)容包括:⑴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
3、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。⑵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)。⑶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
4、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。⑷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
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