小型龍門加工中心結構優(yōu)化設計研究.pdf

1、隨著航空航天、軌道交通、大型發(fā)電設備及高精密儀器儀表等國內高端制造業(yè)的迅猛發(fā)展，裝備制造領域對加工零件的表面質量和幾何精度提出了更高的要求，這也促使機床朝著高效率、高速度、高精度方向發(fā)展。同時，在激烈的市場競爭中，機床生產廠商也必然要通過控制制造成本，來提高產品優(yōu)勢。然而傳統(tǒng)的經驗與類比設計等方法已遠遠不能滿足現代制造業(yè)的發(fā)展需求。因此，在機床的結構設計中引入現代的優(yōu)化設計生產理念制造出高性能、低成本的機床設備顯得尤為重要。
　　

2、本文以XHGS256龍門加工中心為研究對象，目的是尋求一種針對加工中心的高剛度、輕量化的優(yōu)化設計方法。為此，本文結合龍門加工中心關鍵零部件及整機的設計與優(yōu)化問題主要展開了如下研究工作：
　　應用SolidWorks三維設計軟件建立了加工中心整機的三維數模，然后利用有限元分析方法獲得原立柱及橫梁的靜動態(tài)特性，通過與機床性能指標進行對比分析，進而找出薄弱環(huán)節(jié)，并從中提取具體數據，為后續(xù)的結構優(yōu)化奠定了基礎。
　　針對立柱及橫梁關

3、鍵部件的性能缺陷，采用拓撲優(yōu)化及尺寸優(yōu)化相結合的設計方法。利用拓撲優(yōu)化方法獲得了立柱和橫梁的概念設計模型，進而對結構進行詳細的尺寸優(yōu)化設計。最后運用有限元方法對優(yōu)化后的結構進行性能分析，結果表明：新立柱結構質量減少6.16%，最大變形降低38.63%，一階固有頻率提高8.40%；新橫梁結構在質量基本不變的情況下，最大變形減少17.69%，一階固有頻率提高29.04%；均滿足設計指標要求。
　　最后，為實現加工中心整機的輕量化，本文

4、采用試驗設計的方法篩選出了對整機性能影響顯著的設計變量，然后運用自適應響應面法實現對加工中心整機靜態(tài)、動態(tài)的多目標尺寸優(yōu)化設計。最終在滿足刀頭變形指標的前提下，相比于初始整機結構，1、2階固有頻率分別提高了5.13%和19.64%，整機質量降低16.05%，輕量化效果顯著。
　　本文對XHGS256龍門加工中心關鍵部件的結構優(yōu)化與整機多目標尺寸優(yōu)化的工作表明，在機床設計階段，采用現代的優(yōu)化設計方法能夠有效地提高機床靜、動態(tài)性能并實