MV1890立式加工中心静动态特性分析及结构优化

摘要

随着现代高新技术的发展，在工业、农业、航空业、船舶业等工程领域数控机床加工已走在各式加工设备的前沿，已成为产品加工不可或缺的主流设备，主要原因在于数控机床的高速、高效以及高精度的加工特点。而数控机床要完成这“三高”的加工性能必须保证机床具有良好的静动态特性，其前提条件是机床整机及各关键部件的结构必须具备优良的静动刚度。因此对机床进行静动态特性分析成为产品设计过程中的必要环节，为提高机床的性能提供技术支撑。
　　在分析总结国内外对数控机床整机及关键部件静动态分析和结构优化设计技术的基础上，本文选取“MV1890立式加工中心”为研究分析对象，对机床整机及关键部件进行静动态特性分析，最后对关键部件进行结构优化设计。其主要研究内容如下：
　　（1）总结了国内外数控机床的研究现状，阐述了有限元理论和结构优化理论，简单介绍了CAE有限元分析软件ANSYS Workbench的功能和运用。
　　（2）运用CAD建模软件Solidworks建立“MV1890立式加工中心”的实体模型，然后通过有限元分析软件对立式加工中心有限元模型进行网格划分等前处理操作。
　　（3）对立式加工中心整机及关键部件进行静动态特性分析，得出相应云图、动态振型图以及频响曲线，并对此进行分析，找出机床薄弱环节。为提高机床的静动态性能和对机床进一步结构优化做好准备。
　　（4）采用多目标模糊优化方法和拓扑优化方法分别对机床立柱、主轴箱和床鞍进行了结构优化设计。优化结果表明，机床整机及关键部件变形量减小，固有频率提高。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及研究目的和意义

1.2国内外数控机床的研究现状

1.3 有限元法理论

1.4 有限元软件介绍

1.5 论文的主要研究内容

1.6 本章小结

第2章 立式加工中心有限元模型的建立

2.1 立式加工中心简介

2.2 立式加工中心CAD模型的建立

2.3 立式加工中心有限元模型建立及网格划分

2.4 定义边界条件

2.5 本章小结

第3章 立式加工中心整机及关键部件静态特性分析

3.1 静态结构分析概述

3.2 切削载荷计算

3.3 立式加工中心结合面等效方法

3.4 立式加工中心整机及关键部件静态特性分析

3.4 本章小结

第4章 立式加工中心整机及关键部件动态特性分析

4.1 动态结构分析概述

4.2 谐响应分析概述

4.3 立式加工中心整机及关键部件动态特性分析

4.4 立式加工中心整机及关键部件谐响应分析

4.5 本章小结

第5章 立式加工中心关键部件结构优化

5.1 结构优化理论基础

5.2 结构拓扑优化数学模型

5.3 多目标模糊优化理论基础

5.4 立式加工中心立柱结构优化

5.5 主轴箱结构拓扑优化

5.6 床鞍结构拓扑优化

5.7 整机结构性能对比分析

5.8 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间发表的论文和科研成果