大型龍門加工中心結構優(yōu)化設計及快速仿真平臺開發(fā).pdf

1、大型龍門加工中心作為一種大型高檔數(shù)控機床一直是國家重點支持與發(fā)展的裝備。隨著航空、航天、船舶、風電、冶金等大型裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，不僅要求龍門加工中心能夠實現(xiàn)大尺寸的加工，更要求其具有良好的動靜態(tài)特性。根據(jù)江蘇省產學研前瞻性聯(lián)合研究項目“超大型多動門動梁五面體龍門加工中心關鍵技術研發(fā)”，本文以QLM23-65600超大型4動門龍門鏜銑床中的一個具有五面體加工性能的動門QLM2365/5X為研究對象，利用有限元分析軟件對其進行靜動態(tài)特性

2、分析及優(yōu)化設計，并利用VC++6.0平臺完成龍門加工中心快速仿真平臺開發(fā)，以實現(xiàn)參數(shù)化主軸等零部件的快速分析。
　　 論文主要工作包括以下幾個方面：
　　 1．設計了QLM2365/5X動龍門整機及其主要零部件，建立了有限元分析模型，完成了整機的靜力學分析和模態(tài)分析。同時對整機進行了靜剛度試驗和模態(tài)試驗，驗證了有限元分析模型的正確性。
　　 2．設計了四種不同筋板布局的大型橫梁結構，通過有限元分析，得到了四種方案

3、的靜動態(tài)特性參數(shù)。以高剛度、高抗振性和輕量化為評價指標，采用靜動態(tài)綜合性能優(yōu)選方法，優(yōu)選出X型筋板布局的橫梁結構，并對其結構的主要尺寸進行了靈敏度分析和優(yōu)化設計，得出了橫梁結構最優(yōu)X型筋板尺寸，從而使橫梁的質量得到控制，靜力學性能有所改進，抗振性得到明顯提高。
　　 3．對傳統(tǒng)結構的立柱進行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)其筋板布局不能充分發(fā)揮材料最優(yōu)性能。為此，通過研究生物的根系結構和筋板結構的相似性，提出了筋板的仿生學設計方法。以銀杏根系

4、結構為參考，對立柱進行了仿生設計，得到筋板仿生型結構。對原型和仿生型立柱結構的有限元分析對比結果表明，立柱的動靜態(tài)性能明顯提高。
　　 4. 對主軸系統(tǒng)進行了靜力學分析、模態(tài)分析、諧響應分析以及熱—力結構耦合分析，發(fā)現(xiàn)主軸系統(tǒng)的抗振性需要提高。為此，通過靈敏度分析確定優(yōu)化設計變量，對主軸結構進行了多目標動態(tài)優(yōu)化設計，利用綜合評價法獲得最優(yōu)設計方案。使主軸在質量和靜特性基本不變的情況下，抗振性得到提高。
　　 5. 為了快