XH715立式加工中心動力學建模及優(yōu)化設計研究.pdf

1、隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，對各式數(shù)控加工中心的需求越來越大。目前這些行業(yè)配置的機床，特別是高性能的數(shù)控加工中心都是從國外進口，這嚴重制約了我國機床制造業(yè)的進一步發(fā)展。國內(nèi)機床生產(chǎn)廠商研制具有自主知識產(chǎn)權的加工中心，設計方法落后，不能滿足高科技發(fā)展的需要。本文將動態(tài)設計方法以及拓撲優(yōu)化方法應用于數(shù)控加工中心的結構設計，以提高機床的動態(tài)性能、加工精度和加工效率。該研究對數(shù)控機床的開發(fā)具有重要的理論意義和工程應用價值。
　　 動態(tài)特性

2、是衡量機床產(chǎn)品設計質(zhì)量高低的最重要的性能指標之一，機床零部件的動態(tài)特性直接影響整機性能。對于機床單個部件，以結構固有頻率和動剛度為優(yōu)化目標來進行優(yōu)化設計，建立反映結構系統(tǒng)動態(tài)特性的機床動力學模型，是進行結構動態(tài)優(yōu)化設計的重要基礎。本文運用模態(tài)測試法對XH715立式銑削加工中心導軌結合面特性參數(shù)進行識別，并將其運用于結構有限元建模；對機床整機及關鍵部件進行動靜態(tài)性能分析，分析其結構特點；采用經(jīng)驗類比，尺寸優(yōu)化及拓撲優(yōu)化相結合的多種優(yōu)化手段

3、，對機床薄弱環(huán)節(jié)進行優(yōu)化設計，取得了良好的結果。
　　 本文的主要工作體現(xiàn)在以下幾個部分：
　　 1.用PRO/E軟件對加工中心進行了整機及主要零、部件的CAD三維建模。將該模型導入ANSYS軟件進行簡化和修改，建立了整機的有限元模型。
　　 2.采用模態(tài)測試理論中分量分析法對機床導軌結合面進行參數(shù)識別，對床身部件進行了振動測試，與仿真結果進行了比較。
　　 3.對機床有限元模型進行靜力學和動力學分析，根

4、據(jù)分析結果找出機床振動及結構上的薄弱環(huán)節(jié)，為優(yōu)化設計做準備。
　　 4.基于傳統(tǒng)的優(yōu)選設計法和尺寸優(yōu)化方法在ANSYS軟件中對機床結構進行優(yōu)化，改進相關的設計尺寸，對優(yōu)化后的結構進行動力學分析，其性能和原結構相比有了較大提高。
　　 5.在ICM方法基礎上建立整機的拓撲優(yōu)化模型，采用HYPERWORKS軟件建立機床的拓撲模型，經(jīng)過對該拓撲模型的力學分析體現(xiàn)了拓撲優(yōu)化的優(yōu)勢和價值。
　　 通過上述各方面的分析得出以