HT-4型卧式加工中心床身特性分析及优化

摘要

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之气、强国之基。2015年国务院正式印发了《中国制造 2025》。我国的制造业进入了一个蓬勃发展却又是攻坚克难的阶段。机床是制造业的基础，被称为机械中的“母机”。但是由于我国数控机床起步较晚，高端数控机床与西方制造业强国还存在较大差距。针对这些问题我国的机床设计制造企业引进先进的设计方式，发展创新型设计理念,升级传统制造工艺。 本文以我国西北某机床厂HT-4型卧式加工中心床身为研究对象。在完成床身三维模型构建的基础上，首先对加工中心镗削、铣削和钻削三种加工方式建立了仿真模型，依据实际工况选择刀具材料和工件材料，分析计算仿真结果确定切削力极值。由于床身在整个加工中心部件中处于基础地位，而且是机床系统唯一与外界接触的零件，故对床身与地面连接的地脚部分进行分析。其次利用振动理论的知识建立地脚结合部数学模型，并采用比例阻尼的方式将模型中的阻尼加以转化。分析地脚各因素与床身性能之间的关系，所得结果为后边床身结构优化的重要依据。接着对床身与地面固定的地脚结合部刚度进行参数辨识。完成切削力分析、地脚结合部分析等工作后，利用有限元法对床身进行静、动态特性分析。根据分析结果结合蜂窝状结构优良的性能，提出多套床身结构改进方案，并经过反复多次的优化计算确定出蜂窝状单元的基本尺寸。在此基础上进行多方案优化，最终采用灰色关联法选出最佳方案。优化后床身与原床身相比一阶固有频率提高约 22.2%由原来的 246.67Hz提升至 301.5Hz；床身静态变形和床身等效应力均降低80%以上，获得大幅度优化；床身性能提高的同时床身质量减少了约7.21%。

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附表索引

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外研究综述

1.3 课题的研究方法与内容

第二章 加工中心床身建模及切削力分析

2.1 有限元基本理论与模型建立

2.2 切削力仿真的关键问题

2.3 仿真参数设置

2.4 仿真切削力

2.5 本章小结

第三章 地脚结合部参数辨识与分析

3.1脚结合部等效刚度和阻尼参数辨识

3.2地脚结合部相关因素对床身影响的分析

3.3 本章小结

第四章 卧式加工中心床身载荷与特性分析

4.1 HT-4型加工中心工况选取和载荷计算

4.2 HT-4型加工中心静态分析

4.3 HT-4型加工中心静模态分析

4.4 本章小结

第五章 卧式加工中心床身结构优化

5.1 支撑结构设计

5.2结构优化的数学模型

5.3优化方案

5.4最佳优化方案选择

5.5优化前后比较

5.6本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文