窄长铝材构件锯铣复合加工设备静动态特性与结构优化设计研究

发布时间：2017-12-08 20:32

  本文关键词：窄长铝材构件锯铣复合加工设备静动态特性与结构优化设计研究

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【摘要】：窄长铝材构件密度小、强度高、易加工,耐腐蚀且易回收利用,广泛地应用于建筑、汽车、轨道交通、航空和船舶等领域,铝型材的加工效率和精度等要求随之提升,其加工技术及设备受到越来越多的重视。目前,窄长铝材构件生产厂家多采用大跨距龙门加工中心进行生产,设备投入高、加工效率低,而适合窄长铝材工件快速装卸及加工的开放式(C型结构)铝型材加工中心静动态特性较差,加工精度低。因此,开发一种高效、静动态特性良好、经济性的窄长铝材构件加工设备,以实现铝材构件的锯铣复合加工,具有重要意义。论文通过对窄长铝材构件结构、工艺特点及国内外相关加工设备的调研,确定了窄长铝材构件锯铣复合加工设备的设计要求、整体布局、主要技术参数和精度指标,基于模块化设计原理对加工设备进行了模块划分,着重阐述了加工设备传动系统及关键部件横梁、拼接床身的设计过程。对整机结构进行了静动态特性分析及薄弱环节优化设计。分析了考虑切削力和不考虑切削力两种情况下整机静力变形情况；基于串联刚度场理论，，分析了各部件位移量占系统总位移量的百分比、系统刚度的拐点等特性,找出了系统静刚度的薄弱环节；通过整机模态分析获得了前六阶固有频率及振型,找出了整机动态特性薄弱环节；采用梯度优化方法,对薄弱环节——滑枕的厚度尺寸进行了优化。对关键部件横梁进行了静动态特性分析。分析了横梁多位置工况下的静力学特性,得到了横梁Z向变形量曲线及整机Y向直线度误差；对横梁进行模态及谐响应分析,获取横梁结构的前六阶固有频率及振型,并得到横梁的频幅响应曲线,为加工参数选取提供了理论依据。基于响应面模型与遗传算法对加工设备床身进行了轻量化设计。基于中心复合试验设计及Kriging近似模型,建立了床身结构设计输入与结构响应输出关系的响应面模型；结合床身结构响应面模型,建立并求解了床身质量参数遗传算法优化数学模型；分析了设计参数对目标函数和约束函数的灵敏度,得到了床身设计参数动态优化的修正最优解集,实现了床身轻量化设计。本课题的研究可为窄长铝材构件加工设备研发提供方法,为研究此类加工设备静动态特性分析及结构优化设计提供理论基础,有助于提升窄长铝材构件加工质量,促进行业发展。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG65

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本文编号：1267759