XH715立式加工中心机械结构静动态分析与优化设计

摘要

基于有限元法的结构分析和优化技术的广泛应用，能够有效地缩短研制周期，降低开发成本，提高产品的质量的可靠性。 本论文以XH715立式加工中心为研究对象，利用有限元分析软件 ANSYS 作为分析工具，对组成加工中心的主要零部件及整机结构进行了静态、动态分析和优化，为产品设计和试验提供了依据和指导。 论文对加工中心的主要零部件主轴箱、立柱及整机结构进行了静力分析，展示了结构的应力场和位移场，分析了结构的强度和刚度；对主轴箱、立柱、床身和整机结构进行了模态分析，获得了它们的固有频率和振型；综合静态分析和动态分析，评价了结构的力学性能，并针对原机床设计的薄弱环节提出了相应的部件和整机改进方案。对XH715 立式加工中心进行了验证性试验，试验结果证明了本文分析结果的可靠性。 本文在江苏省数控机床工程技术研究中心和江苏多棱数控机床股份有限公司的资助下开展研究。通过对加工中心机床的有限元分析和优化设计，能够为企业提高设计质量，增加效益，具有实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的提出及意义

1.2有限元法的发展概况及发展趋势

1.2.1有限元法的发展概况

1.2.2有限元法的发展趋势

1.3结构优化设计方法

1.4机床部件和整机结构动态优化方法的研究

1.5本课题研究内容

1.6本章小结

第二章有限元方法基本理论

2.1有限元方法分析过程

2.2有限元方法计算步骤

2.3机床分析中用到的有限元模型单元和求解方法

2.4本章小结

第三章XH715立式加工中心原型机床三维CAD建模

3.1 CAD的概念与特点

3.2三维几何造型方法

3.3 PRO/E软件三维造型概述

3.3.1PRO/E软件参数式设计

3.3.2 PRO/E软件实体特征的建立

3.4 XH715立式加工中心原型机床零部件建模及装配

3.5本章小结

第四章XH715立式加工中心有限元静力分析

4.1引言

4.2 ANSYS软件简介

4.3 ANSYS与Pro/E的接口及几何模型的导入

4.3.1 Pro/E模型导入ANSYS接口设置

4.3.2 Pro/E模型导入ANSYS基本步骤

4.4主轴箱结构的有限元静力分析

4.4.1模型处理与简化假设

4.4.2网格划分

4.4.3载荷与边界条件

4.4.4计算结果与分析

4.5立柱结构的有限元静力分析

4.5.1立柱结构的有限元建模

4.5.2计算结果与分析

4.6整机有限元静力分析

4.6.1 XH715立式加工中心整机模型处理

4.6.2计算结果与分析

4.7本章小结

第五章XH715立式加工中心有限元模态分析

5.1引言

5.2模态分析在ANSYS中的实现

5.3 XH715立式加工中心的模态分析

5.3.1主轴箱结构有限元模态分析

5.3.2立柱结构有限元模态分析

5.3.3床身结构有限元模态分析

5.3.4工作台及滑台结构有限元模态分析

5.3.5整机结构有限元模态分析

5.4 XH715立式加工中心整机谐响应分析

5.5本章小结

第六章XH715立式加工中心动力分析与优化设计

6.1结构优化设计的步骤

6.2 XH715立式加工中心结构优化方法的选择

6.3 XH715立式加工中心结构改进与动态特性分析

6.3.1主轴箱体的模型改进及其动态特性分析

6.3.2立柱的模型改进及其动态特性分析

6.3.3基于元结构知识的床身结构动态优化设计

6.4整机改进方案

6.5本章小结

第七章XH715立式加工中心床身模态实验

7.1机床模态实验理论基础

7.1.1模态实验测试方法

7.1.2模态实验测试系统及主要实验装置

7.1.3振动模态参数识别方法

7.2床身模态实验

7.2.1实验布置及数据处理

7.2.2实验结果对比

7.3本章小结

第八章总结与展望

8.1总结

8.2展望

参考文献

致谢

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