数控转塔冲床伺服横梁结构分析与优化设计

摘要

有限元分析和结构优化等CAE技术的应用，对缩短产品开发周期、提高产品质量和可靠性，降低制造成本，增强企业竞争力具有重要意义。本文以高速数控转塔冲床进给机构为研究对象，大型通用有限元分析软件ANSYS为分析工具，对进给系统中的关键部件进行有限元建模及静、动态特性分析，并根据分析结果对其中的横梁进行了结构优化设计。 论文在详细研究数控转塔冲床进给系统的发展现状以及存在问题的基础上，通过对数控转塔冲床进给系统中的横梁结构分析，明确了这类高速运动部件在受到运动加速载荷的工况下的结构位移。通过对冲切加工中极限误差的分析，为高速数控转塔冲床的进给机构的设计提供了科学计算的依据，从而改变了这类精密加工装备依靠类比设计的传统方法。 在对横梁及其支撑部件的分析中，确定了以横梁动载荷为主要受力状态的分析条件，通过对分析对象的合理结构简化，制定了横梁在分析中的边界条件，并采用APDL语言将有限元模型参数化，为这类结构的分析和计算提供了重要的参考数据。 在对横梁结构分析的基础上，根据轻量化设计的思想，对横梁结构提出了优化方案。计算表明，在横梁板厚减薄的情况下，这一关键部件同样可以满足机床的加工精度和运动要求。由此减轻了机床结构件的重量，降低了成本。 研究同时对横梁结构进行了动态分析，从计算的前6阶模态看，这类结构件由于其在X和Y方向上具有较宽的结构，故在前几阶振型上对数控转塔冲床的加工精度影响不大。动态分析的结果可以为结构的进一步改进提供重要的依据。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.1.1机床发展过程及现状

1.1.2数控机床的发展及动向

1.2国内外数控转塔冲床的发展状况

1.3有限元分析与结构优化和产品动态设计的研究与应用

1.3.1有限元分析的研究现状

1.3.2结构优化和产品动态设计的研究与应用

1.4课题研究的主要内容

第二章横梁结构静态特性分析

2.1有限元法基本原理

2.1.1有限元法概述

2.1.2有限元法的计算步骤

2.2高速数控转塔冲床组成结构

2.3横梁有限元模型的建立

2.3.1有限元模型的建立的方法

2.3.2几何实体模型的建立

2.3.3单元类型及属性的确定

2.3.4单元的划分

2.3.5利用APDL语言参数化建模

2.3.6载荷与边界约束条件

2.4计算结果分析与研究

2.4.1横梁的应力和位移

2.4.2横梁的结构位移对冲切误差的影响

2.5本章小结

第三章横梁结构的优化设计

3.1结构优化和有限元分析

3.1.1结构优化数学模型

3.1.2结构优化设计的寻优算法

3.1.3有限元分析的优化设计过程

3.1.4有限元分析的优化方法

3.2横粱焊接板的厚度对横粱结构应力和变形的影响

3.2.1 T1的变化对结构应力和变形的影响

3.2.2T2、T3的变化对结构应力和变形的影响

3.2.3横梁结构综合优化

3.4优化后的横粱的结构位移对冲切误差的影响

3.5本章小结

第四章横粱的模态分析与动力修改

4.1模态分析概述

4.2模态分析理论介绍

4.3模态分析在ANSYS中的实现

4.3.1模态分析的基本步骤

4.3.2模态提取的常用方法

4.3.3模态提取的其他方法

4.4横梁的模态分析结果

4.5结构动力修改的介绍

4.6横梁结构的动力修改

4.7本章小结

第五章结论与展望

5.1论文的结论

5.2展望

致谢

参考文献

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