本文選題：龍門加工中心 + 有限元分析�。� 參考：《長春工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著航空航天、軌道交通、大型發(fā)電設備及高精密儀器儀表等國內(nèi)高端制造業(yè)的迅猛發(fā)展,裝備制造領域?qū)庸ち慵谋砻尜|(zhì)量和幾何精度提出了更高的要求,這也促使機床朝著高效率、高速度、高精度方向發(fā)展。同時,在激烈的市場競爭中,機床生產(chǎn)廠商也必然要通過控制制造成本,來提高產(chǎn)品優(yōu)勢。然而傳統(tǒng)的經(jīng)驗與類比設計等方法已遠遠不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需求。因此,在機床的結(jié)構(gòu)設計中引入現(xiàn)代的優(yōu)化設計生產(chǎn)理念制造出高性能、低成本的機床設備顯得尤為重要。本文以XHGS256龍門加工中心為研究對象,目的是尋求一種針對加工中心的高剛度、輕量化的優(yōu)化設計方法。為此,本文結(jié)合龍門加工中心關鍵零部件及整機的設計與優(yōu)化問題主要展開了如下研究工作:應用SolidWorks三維設計軟件建立了加工中心整機的三維數(shù)模,然后利用有限元分析方法獲得原立柱及橫梁的靜動態(tài)特性,通過與機床性能指標進行對比分析,進而找出薄弱環(huán)節(jié),并從中提取具體數(shù)據(jù),為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了基礎。針對立柱及橫梁關鍵部件的性能缺陷,采用拓撲優(yōu)化及尺寸優(yōu)化相結(jié)合的設計方法。利用拓撲優(yōu)化方法獲得了立柱和橫梁的概念設計模型,進而對結(jié)構(gòu)進行詳細的尺寸優(yōu)化設計。最后運用有限元方法對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進行性能分析,結(jié)果表明:新立柱結(jié)構(gòu)質(zhì)量減少6.16%,最大變形降低38.63%,一階固有頻率提高8.40%;新橫梁結(jié)構(gòu)在質(zhì)量基本不變的情況下,最大變形減少17.69%,一階固有頻率提高29.04%;均滿足設計指標要求。最后,為實現(xiàn)加工中心整機的輕量化,本文采用試驗設計的方法篩選出了對整機性能影響顯著的設計變量,然后運用自適應響應面法實現(xiàn)對加工中心整機靜態(tài)、動態(tài)的多目標尺寸優(yōu)化設計。最終在滿足刀頭變形指標的前提下,相比于初始整機結(jié)構(gòu),1、2階固有頻率分別提高了5.13%和19.64%,整機質(zhì)量降低16.05%,輕量化效果顯著。本文對XHGS256龍門加工中心關鍵部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與整機多目標尺寸優(yōu)化的工作表明,在機床設計階段,采用現(xiàn)代的優(yōu)化設計方法能夠有效地提高機床靜、動態(tài)性能并實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化設計。
[Abstract]:With the rapid development of domestic high-end manufacturing industries, such as aerospace, rail transit, large-scale power generation equipment and high-precision instruments, the equipment manufacturing field has put forward higher requirements for the surface quality and geometric accuracy of processed parts. This also promotes the development of machine tool towards high efficiency, high speed and high precision. At the same time, in the fierce market competition, machine tool manufacturers must control manufacturing costs to improve the product advantages. However, the traditional methods such as experience and analogical design can not meet the development needs of modern manufacturing industry. Therefore, it is very important to introduce modern optimal design and production concept into the structural design of machine tools to produce high performance and low cost machine tools. In this paper, XHGS256 gantry machining center is taken as the research object. The purpose of this paper is to seek an optimal design method for high stiffness and lightweight machining center. In this paper, the key parts of the gantry machining center and the design and optimization of the whole machine are studied as follows: the 3D digital model of the machining center is established by using SolidWorks software. Then the static and dynamic characteristics of the original column and beam are obtained by using the finite element analysis method. By comparing with the machine tool performance index, the weak link is found, and the concrete data are extracted from it, which lays a foundation for the subsequent structural optimization. Aiming at the performance defects of the key components of column and beam, the design method combining topology optimization and dimension optimization is adopted. The conceptual design model of column and beam is obtained by using topological optimization method, and then the detailed dimension optimization design of the structure is carried out. Finally, the finite element method is used to analyze the performance of the optimized structure. The results show that the mass of the new column is reduced by 6.16, the maximum deformation is reduced by 38.63, the natural frequency of the first order is increased by 8.40, and the new beam structure is basically unchanged in mass. The maximum deformation is reduced by 17.69 and the natural frequency of the first order is increased by 29.04, all of which meet the design requirements. Finally, in order to realize the lightening of the whole machine in the machining center, the design variables which have a significant effect on the performance of the whole machine are screened out by the method of experimental design, and then the static state of the whole machine is realized by the adaptive response surface method. Dynamic multi-objective size optimization design. Finally, on the premise of satisfying the deformation index of the cutter head, compared with the original structure of the whole machine, the natural frequencies of the second order are increased by 5.13% and 19.64 respectively, the whole machine quality is reduced by 16.05, and the lightening effect is remarkable. In this paper, the structure optimization of the key parts of XHGS256 gantry machining center and the multi-objective dimension optimization of the whole machine show that in the design stage of the machine tool, the modern optimization design method can effectively improve the static state of the machine tool. Dynamic performance and lightweight design of the structure.
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG659

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 董軍功;重視外圍電路,巧修加工中心[J];制造技術(shù)與機床;2000年06期

2 是有鈞;用于航空航天工業(yè)的世界最大加工中心[J];制造技術(shù)與機床;2000年09期

3 林海梁;定梁龍門加工中心的增程機構(gòu)[J];機械工程師;2000年11期

4 趙葛霄;加工中心使用中若干問題的探討[J];機床與液壓;2001年02期

5 余維鎮(zhèn);進口加工中心的使用 維護與保養(yǎng)[J];中國設備工程;2001年10期

6 ;加工中心的技術(shù)發(fā)展概況[J];洪都科技;2002年04期

7 ;袖珍型加工中心[J];機電一體化;2002年04期

8 邵春新;加工中心綜合故障分析與維修[J];制造技術(shù)與機床;2003年01期

9 汪建平;加工中心Y軸跳動故障的分析與維修[J];設備管理與維修;2004年02期

10 ;意大利推出新型加工中心[J];林業(yè)機械與木工設備;2004年02期

相關會議論文 前10條

1 范超毅;;打造國產(chǎn)加工中心的品牌勢在必行[A];人才、創(chuàng)新與老工業(yè)基地的振興——2004年中國機械工程學會年會論文集[C];2004年

2 范超毅;;打造國產(chǎn)加工中心的品牌勢在必行[A];先進制造技術(shù)論壇暨第三屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)交流會論文集[C];2004年

3 范超毅;;我國加工中心的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[A];2005年中國機械工程學會年會論文集[C];2005年

4 范超毅;;加速發(fā)展普及型加工中心與促進我國數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化[A];提高全民科學素質(zhì)、建設創(chuàng)新型國家——2006中國科協(xié)年會論文集（下冊）[C];2006年

5 武亞鵬;侯建偉;;加工中心在推土機后橋箱上的應用[A];2010全國機電企業(yè)工藝年會《上海電氣杯》征文論文集[C];2010年

6 李伯基;馮智寧;梁啟剛;;定梁龍門加工中心橫梁導軌變形分析與優(yōu)化設計[A];第11屆粵港機械電子工程技術(shù)與應用研討會論文匯編[C];2010年

7 范超毅;;打造國產(chǎn)加工中心的品牌勢在必行[A];《制造業(yè)自動化與網(wǎng)絡化制造》學術(shù)交流會論文集[C];2004年

8 朱勇;;加工中心傳動機構(gòu)的改進[A];設備管理與維修實踐和探索論文集[C];2005年

9 朱菊紅;;加工中心在用油液的品質(zhì)控制[A];第六屆全國表面工程學術(shù)會議論文集[C];2006年

10 李彬;戴怡;;加工中心故障診斷實例分析[A];第八屆全國設備與維修工程學術(shù)會議、第十三屆全國設備監(jiān)測與診斷學術(shù)會議論文集[C];2008年

相關重要報紙文章 前10條

1 邢海濤 趙宇龍;用戶滿意的加工中心品牌揭曉[N];中國工業(yè)報;2006年

2 丁雪生;國產(chǎn)加工中心差距明顯 加速產(chǎn)業(yè)化是當務之急[N];中國工業(yè)報;2006年

3 韓國棟;國產(chǎn)加工中心的差距在哪里？[N];機電商報;2007年

4 ;寶鋼加工中心經(jīng)營管理體系模式建立及推行[N];世界金屬導報;2007年

5 丁雪生;進口激增 國產(chǎn)加工中心的差距在哪里？[N];中國工業(yè)報;2005年

6 張尊海　王浚杰;現(xiàn)代化大型工業(yè)膳食加工中心在寧波運營[N];中國食品質(zhì)量報;2009年

7 徐樹滋;加工中心已成為數(shù)控機床代表性產(chǎn)品[N];機電商報;2010年

8 徐方偉 史鵬程;全省最大廢紙分揀加工中心在并開業(yè)[N];太原日報;2011年

9 飛天;浦項制鐵墨西哥鋼板加工中心正式投產(chǎn)[N];中國冶金報;2007年

10 周紋;浦項制鐵提高橫濱加工中心年產(chǎn)能[N];中國冶金報;2007年

相關博士學位論文 前9條

1 蘇於梁;雙主軸雙刀塔車削加工中心CAPP關鍵技術(shù)研究[D];上海交通大學;2015年

2 王桂萍;加工中心可靠性及綠色性評價體系與增長技術(shù)研究[D];吉林大學;2008年

3 王曉峰;加工中心可信性影響度分析及增長技術(shù)研究[D];吉林大學;2012年

4 李小兵;加工中心時間動態(tài)可靠性建模[D];吉林大學;2012年

5 朱立達;車銑加工中心動態(tài)特性及其加工機理的仿真與實驗研究[D];東北大學　;2010年

6 孫曙光;基于QFD的加工中心可用性保障技術(shù)研究[D];吉林大學;2015年

7 李鵬;加工中心在機復合式檢測系統(tǒng)的關鍵技術(shù)研究[D];大連海事大學;2012年

8 劉建慧;基于拓撲結(jié)構(gòu)和換刀動作特性的加工中心運動方案設計方法研究[D];上海交通大學;2006年

9 姚洪權(quán);多模式下水泥流通加工中心選址研究[D];吉林大學;2009年

相關碩士學位論文 前10條

1 黃雷;加工中心可靠性研究[D];東北大學;2009年

2 牛衛(wèi)朋;基于結(jié)合面模型的機床整機動力學性能分析與試驗研究[D];南京理工大學;2015年

3 陳仲嘉;基于復合式鏜銑加工中心箱體零件數(shù)字找正方法研究[D];沈陽理工大學;2015年

4 崔世超;復雜箱體精密復合鏜銑加工中心結(jié)構(gòu)設計中若干問題研究[D];沈陽理工大學;2015年

5 王彬;復合式鏜銑加工中心綜合空間誤差建模與補償?shù)难芯縖D];沈陽理工大學;2015年

6 王興;基于混合不確定性信息處理的加工中心不完全維修及健康評估方法研究[D];電子科技大學;2015年

7 陶高群;MX加工中心的油氣路改造及自動回原位研究[D];安徽理工大學;2016年

8 孫晶;基于可重構(gòu)理論的異型石材加工中心結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化[D];沈陽建筑大學;2014年

9 畢海波;木衣架整體式加工中心的優(yōu)化與仿真[D];廣西科技大學;2015年

10 宋康;加工中心關鍵部件更換時間研究[D];吉林大學;2016年

，

本文編號：1860020