精密卧式加工中心整机结构方案设计与集成优化

摘要

机床整机结构方案设计是机床设计的关键环节。在早期设计阶段，实现整机及基础大件性能优化，发现合理的机床结构设计方案，可显著减少后续详细设计的反复，对于提高机床整机结构设计质量与效率具有重要的意义。针对上述问题，本文提出一种精密卧式加工中心整机结构方案设计与集成优化方法，该方法可应用于机床方案设计阶段，用于机床结构方案设计，也可用于机床结构的改进设计，提升机床性能。主要研究内容与结论如下：
　　首先，基于响应面法、多目标优化算法和CAD/CAE集成方法，提出了机床结构方案设计与集成优化方法。详细介绍了在多学科优化设计软件iSIGHT环境下集成Pro/E与ANSYS的技术流程，搭建了基于iSIGHT的CAD/CAE集成框架。
　　其次，基于自顶向下设计方案开展卧式加工中心的整体方案设计，基于整机及结构件骨架模型建立机床结构设计方案；基于Pro/Program对Pro/E进行二次开发，并完成机床关键结构件参数化方案设计。
　　再次，针对CAD/CAE/iSIGHT集成的协同优化关键技术，重点阐述CAD参数化模型模板文件及基于APDL的有限元建模及分析模板的创建，有效集成参数化建模知识、仿真分析知识；综合利用实验设计、响应面拟合及多目标优化算法，形成了以结构件关键设计参数为变量，静动态特性及质量为目标的优化技术流程。
　　最后，基于上述技术及方法，结合具体实例，完成了精密卧式加工中心关键结构件方案设计与优化；并通过对比优化前后整机的有限元分析结果，验证了机床整机结构方案设计和集成优化的正确性和可行性。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 机床优化设计国内外研究现状

1.3 响应面法与遗传算法

1.4 基于CAD/CAE集成的结构优化研究

1.5 拟解决的科学问题

1.6 本文的主要工作和研究内容

第二章 机床结构方案设计与集成优化方法

2.1 引言

2.2 机床结构方案设计与集成优化系统框架

2.3 机床结构方案优化设计流程

2.4 基于iSIGHT的CAD/CAE集成

2.5 本章小结

第三章 基于自顶向下设计的机床结构方案设计

3.1 引言

3.2 基于自顶向下设计的机床结构方案设计流程

3.3 自顶向下设计建模

3.4 机床关键结构件参数化方案设计

3.5 本章小结

第四章 基于CAD/CAE/iSIGHT的机床结构参数优化

4.1 引言

4.2 机床结构件设计方案多目标参数优化问题

4.3 基于CAD/CAE/iSIGHT集成的协同优化关键技术

4.4 基于CAD/CAE/iSIGHT的结构件参数优化

4.5 本章小结

第五章 精密卧式加工中心结构方案设计与集成优化实例

5.1 引言

5.2 机床结构方案设计与集成优化实例一

5.3 机床结构方案设计与集成优化实例二

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 工作展望

参考文献

发表的学术论文和参与的科研情况

致谢