龙门导轨磨床结构优化设计

发布时间：2017-08-18 07:14

  本文关键词：龙门导轨磨床结构优化设计

  更多相关文章： 龙门导轨磨床 工作台 动静态特性分析 有限元技术 结构参数多目标优化

【摘要】：机床制造业是中国工业和国民经济的发动机和心脏,特别像龙门导轨磨床这样的重大技术装备,更是一个国家综合国力的具体体现,在国民经济现代化的建设中起着重大作用。近年来,随着国防、航空、高铁、汽车和模具等重要装备制造行业需求量的大幅增长,对磨床的精密度,可靠性及稳定性要求越来越高。高档龙门导轨磨床更是航空航天、汽车、船舶和发电设备制造等领域的必需,是产业升级的必备。长期以来,国内磨床产业深陷于“低端混战,高端失守”的局面,主要原因是缺乏整体设计和研发能力,仅仅停留在仿制阶段,没有建立一套完整的创新设计理论,并借助先进的设计理念,利用计算机技术结合优化设计方法,进行开发设计。由于这些加工设备和技术国外对我国实行禁运,所以,,研发具有自主知识产权的高端磨床设备十分必要和紧迫。课题来源是长春工业大学与长春第一机床厂校企合作项目,在论文的撰写过程中,主要进行了以下工作。1.对机床领域的国内外发展现状进行了详细的阐述,对比了国内外龙门导轨磨床的研究发展,找出我国龙门导轨磨床在研发和设计上的短板。2.本文分析的重点一龙门导轨磨床工作台的结构优化设计。采用有限元技术对工作台进行动静态特性分析,提出了以工作台质量最小,一阶固有频率最大为目标,以最大变形量为约束条件的多目标优化设计方法。通过中心复合实验室设计选取合适的结构有限元实验分析点,借助Ansys workbench有限元软件对试验点处的工作台质量,一阶固有频率,最大变形量进行分析计算。根据响应值建立输入参数和输出响应关系的二次响应面模型,并采用克里格插值方法对响应面进行插值重构。利用哈默斯利抽样方法,均匀抽取设计空间中的样本点,对样本点权衡排序,获得比较优良的初始种群。运用NSGA-Ⅱ算法,对龙门导轨磨床工作台的质量和一阶固有频率进行多目标优化设计,获得Pareto(帕累托)优化解集。在保证工作台最大变形量不大于初始值的前提下,质量降低了4.32%,一阶固有频率增加了41.08%。通过对比优化前后工作台的动静态特性可知,实现了轻量化设计的目的。3.对龙门导轨磨床工作台受热时候的变形及应力分布情况进行了分析,通过热固耦合分析发现热量梯度的变化对工作台的影响非常的大,针对该情况总结了目前国内外减小热应变的几点措施。长春第一机床厂将上述研究成果应用在MM52160龙门导轨磨床的设计上,得到了良好的动静态性能。
【关键词】：龙门导轨磨床 工作台 动静态特性分析 有限元技术 结构参数多目标优化
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.2
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-16
• 1.1 课题研究的背景及意义7-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 结构优化方法及应用13
• 1.4 论文的研究对象及技术参数13-14
• 1.5 论文工作的流程14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 第二章 龙门导轨磨床工作台CAD/CAE模型的建立16-26
• 2.1 有限元方法的介绍16-19
• 2.1.1 有限元方法的基本理论思想16-18
• 2.1.2 有限元方法的发展及应用18
• 2.1.3 有限元方法的分析流程18-19
• 2.2 工作台三维模型的建立19-21
• 2.2.1 建模软件的选择19
• 2.2.2 Ansys workbench软件的介绍19-20
• 2.2.3 工作台三维模型的建立20-21
• 2.3 工作台CAE模型的建立21-24
• 2.3.1 单元选择21
• 2.3.2 网格划分21-22
• 2.3.3 网格检查22-23
• 2.3.4 模型的建立23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 龙门导轨磨床工作台的动静态特性分析26-38
• 3.1 基于元结构的工作台优化26-29
• 3.1.1 元结构的概念26
• 3.1.2 元结构分析26-29
• 3.2 基于元结构工作台的设计29
• 3.3 工作台静力学分析29-33
• 3.3.1 Ansys Workbench静力学分析步骤30
• 3.3.2 求解计算及应力,应变云图分析30-33
• 3.4 工作台动力学特性分析33-36
• 3.4.1 Ansys Workbench模态分析方法介绍33-34
• 3.4.2 模态分析的过程34-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第四章 龙门导轨磨床工作台多目标优化38-69
• 4.1 多目标遗传算法39-40
• 4.1.1 Shifed Hammersley序列抽样技术39
• 4.1.2 权衡函数39-40
• 4.2 优化参数的选择40
• 4.3 优化过程的实施40-61
• 4.3.1 进行DOE分析41-45
• 4.3.2 进行响应面分析45-50
• 4.3.3 进行灵敏度和相关性分析50-57
• 4.3.4 进行优化鲁棒性,6 σ分析57-61
• 4.4 龙门导轨磨床工作台优化报告的生成61-67
• 4.4.1 龙门导轨磨床工作台优化后的权衡图61-64
• 4.4.2 龙门导轨磨床工作台优化后的样本图64-67
• 4.5 优化结果的对比分析67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第五章 龙门导轨磨床工作台的热固耦合分析69-74
• 5.1 热分析基础69-70
• 5.1.1 三种主要热传递方式69-70
• 5.1.2 工作台热应力的产生70
• 5.2 热固耦合的理论基础70-72
• 5.2.1 热分析基本方程70-71
• 5.2.2 热固耦合的有限元方法71-72
• 5.3 龙门导轨磨床工作台的热固耦合分析72-73
• 5.4 降低磨床工作台热变形的措施73-74
• 第六章 结论74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 作者简介80-81
• 攻读硕士学位期间研究成果81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 张志红;何桢;郭伟;;在响应曲面方法中三类中心复合设计的比较研究[J];沈阳航空工业学院学报;2007年01期

2 袁松梅;林继杰;刘强;;数控机床整机有限元分析[J];机床与液压;2008年04期

3 杨浩;秦萍;李柏林;武友德;吕建法;;基于ANSYS的落地式镗铣床模态分析[J];机床与液压;2010年09期

4 李恩颖;李光耀;王琥;;混合响应面法对汽车吸能部件优化关键技术[J];计算机应用研究;2008年02期

5 徐燕申,张兴朝,牛占文,赵相松;基于元结构和框架优选的数控机床床身结构动态设计研究[J];机械强度;2001年01期

6 张宪栋,徐燕申,林汉元;基于FEM的数控机床结构部件静动态设计[J];机械设计;2005年05期

7 戴磊;关振群;单菊林;牛聪民;张洪武;顾元宪;;机床结构三维参数化形状优化设计[J];机械工程学报;2008年05期

8 毛志云;高东强;张功学;黎忠炎;;高速立式加工中心动态特性分析及结构改进[J];组合机床与自动化加工技术;2011年01期

，

本文编号：693279