大型深孔钻床移动工作台结构分析及优化

摘要

工件安装移动工作台是板类零件加工多排深孔钻床的重要部件之一，其工作精度，尤其是在深孔加工过程中的稳定性等直接影响孔的加工质量和加工效率，以及刀具的切削性能和刀具寿命等。普通移动滑台由于与导轨垂直方向的工作台面尺寸有限，根本无法满足具有多排超长深孔板类零件的加工要求。因此，设计开发理想的移动工作台已成为这类零件深孔加工能否顺利进行的关键。本文结合铜冷却壁多排深孔振动切削钻床的研制开发，进行移动工作台的设计开发及静动态特性分析，以便提高移动工作台的工作性能及可靠性，为改善刀具切削性能，延长刀具寿命，提高铜冷却壁零件多排深孔的加工质量和加工效率等奠定基础，研究工作具有重要的现实意义。
　　本文根据铜冷却壁零件的结构特点及多排深孔的加工要求，设计开发了工件安装移动工作台。建立了移动工作台的实体模型及分析模型，用有限元法进行了静力分析和模态分析，获得了其静力学和动力学特性，并以此为基础进行了结构优化设计。
　　通过用ANSYS分析，获得了移动工作台的变形云图和应力云图，掌握了移动工作台的变形和应力分布规律，得到了移动工作台的前8阶模态频率和振型。在此基础上用ANSYS拓扑优化法对移动工作台进行了优化分析，获得了其结构的伪密度图，找到了需要去除材料的位置，进行了结构改进；另以筋板尺寸、筋板布置位置和丝杠螺母支撑座等为优化变量，以移动工作台的质量、变形和频率为优化目标，进行了结构拓扑优化分析，获得了较优的移动工作台结构，有利于降低了移动工作台的制造成本。
　　另外，进行了模态试验，获得了移动工作台的振动特性图和固有频率，表明分析结果与试验结果基本一致，也证明移动工作台结构设计合理，可满足铜冷却壁零件多排深孔的加工要求。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 深孔加工技术

1.3 大型机械结构的有限元分析方法综述

1.4 结构优化设计的研究

1.5 普通移动工作台存在的不足

1.6 本文主要研究内容及章节安排

2 分析理论基础及设计方案确定

2.1 有限元分析基本理论

2.2 静态分析理论

2.3 模态分析基本理论

2.4 分析软件介绍

2.5 深孔钻床移动工作台设计方案确定

2.6 本章小结

3 移动工作台静力分析

3.1 移动工作台的有限元模型建立

3.2 模型载荷与边界条件确定

3.3 静态特性结果分析

3.4 本章小结

4 移动工作台模态分析

4.1 有限元模态分析方法与假设

4.2 移动工作台模态分析

4.3 本章小结

5. 移动工作台结构优化

5.1 拓扑结构优化介绍

5.2 结构拓扑优化方法概述

5.3 结构拓扑优化的目的

5.4 结构拓扑优化的步骤

5.5 结构拓扑优化结果分析处理

5.6 本章小结

6 移动工作台模态实验

6.1 模态实验基础概述

6.2 模态实验测试方案确定

6.3 模态实验注意事项

6.4 模态实验过程

6.5 模态实验数据分析及处理

6.6 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果