大型鋁構(gòu)件高速高效加工中心設(shè)計與輕量化研究.pdf

1、在軌道交通、公路客車、廂式貨車等領(lǐng)域，采用全鋁結(jié)構(gòu)制造車體成為實現(xiàn)輕量化的一種必然趨勢。隨著大型整體空心復(fù)雜薄壁型材擠壓技術(shù)及焊接技術(shù)的成熟，大型鋁構(gòu)件得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。近年來，我國高速列車技術(shù)得到了飛速發(fā)展，但在車體加工制造領(lǐng)域卻存在著短板，機(jī)加工所用的大型裝備仍然主要依賴于進(jìn)口。針對于大型鋁構(gòu)件特點和加工工藝特點的國產(chǎn)加工中心研究相對落后，加工效率低下、高速驅(qū)動及動態(tài)穩(wěn)定性等問題解決不徹底，在高速列車加工制造領(lǐng)域國產(chǎn)設(shè)備往往只

2、用于輔助工序，這大大增加了車體加工的成本，降低國產(chǎn)高速列車在世界上的競爭力。因此研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、適用于鋁合金車體及其大型鋁構(gòu)件的加工機(jī)床具有重要意義。
　　本課題研究的加工中心是根據(jù)動車車體及大型鋁構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點、工藝特點，在繼承傳統(tǒng)金屬切削龍門加工中心基本特點的基礎(chǔ)上創(chuàng)新設(shè)計而成。對關(guān)鍵部件進(jìn)行了輕量化設(shè)計，提高快移速度，同時通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計提高了橫梁的靜動態(tài)特性，解決高速運行帶來的動態(tài)穩(wěn)定性問題。
　　根據(jù)加工

3、中心的設(shè)計要求，采用模塊化設(shè)計基本原理和功能分析法實現(xiàn)機(jī)床的總體方案設(shè)計，一次裝夾可實現(xiàn)銑、鉆、鏜、擴(kuò)、鉸及鋸切等加工。基于模塊化設(shè)計的分離式立柱可快速更換，便于調(diào)整加工中心的Z向行程，同時降低了裝配難度。對X/Y/Z向的直線驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，介紹了雙電機(jī)伺服消隙系統(tǒng)的基本工作原理。
　　對原始的橫梁方案進(jìn)行了靜動態(tài)特性分析，并對關(guān)鍵結(jié)合面進(jìn)行了建模。立柱的螺栓結(jié)合面采用虛擬材料模型，通過計算獲取了虛擬材料層的彈性模量、泊松比和

4、密度;導(dǎo)軌結(jié)合面采用彈簧阻尼單元模型，獲取了彈簧單元的剛度系數(shù)。在有限元建模過程引入了結(jié)合面的參數(shù)，分別研究了受重力和切削力的工況下，刀頭沿Z向的位移變形情況，并分析了橫梁的前6階固有頻率。
　　基于拓?fù)鋬?yōu)化方法對橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計，提高橫梁的動態(tài)性能，降低高速運行產(chǎn)生的振動。在Hypermesh中建立橫梁及其組件的有限元模型并設(shè)置優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、約束函數(shù)以及邊界條件?；谧畲髣偠仍O(shè)計的拓?fù)鋬?yōu)化模型和特征值問題的結(jié)構(gòu)動力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)