当前位置:主页 > 科技论文 > 铸造论文 >

小型龙门加工中心结构优化设计研究

发布时间:2018-05-08 04:39

  本文选题:龙门加工中心 + 有限元分析 ; 参考:《长春工业大学》2017年硕士论文


【摘要】:随着航空航天、轨道交通、大型发电设备及高精密仪器仪表等国内高端制造业的迅猛发展,装备制造领域对加工零件的表面质量和几何精度提出了更高的要求,这也促使机床朝着高效率、高速度、高精度方向发展。同时,在激烈的市场竞争中,机床生产厂商也必然要通过控制制造成本,来提高产品优势。然而传统的经验与类比设计等方法已远远不能满足现代制造业的发展需求。因此,在机床的结构设计中引入现代的优化设计生产理念制造出高性能、低成本的机床设备显得尤为重要。本文以XHGS256龙门加工中心为研究对象,目的是寻求一种针对加工中心的高刚度、轻量化的优化设计方法。为此,本文结合龙门加工中心关键零部件及整机的设计与优化问题主要展开了如下研究工作:应用SolidWorks三维设计软件建立了加工中心整机的三维数模,然后利用有限元分析方法获得原立柱及横梁的静动态特性,通过与机床性能指标进行对比分析,进而找出薄弱环节,并从中提取具体数据,为后续的结构优化奠定了基础。针对立柱及横梁关键部件的性能缺陷,采用拓扑优化及尺寸优化相结合的设计方法。利用拓扑优化方法获得了立柱和横梁的概念设计模型,进而对结构进行详细的尺寸优化设计。最后运用有限元方法对优化后的结构进行性能分析,结果表明:新立柱结构质量减少6.16%,最大变形降低38.63%,一阶固有频率提高8.40%;新横梁结构在质量基本不变的情况下,最大变形减少17.69%,一阶固有频率提高29.04%;均满足设计指标要求。最后,为实现加工中心整机的轻量化,本文采用试验设计的方法筛选出了对整机性能影响显著的设计变量,然后运用自适应响应面法实现对加工中心整机静态、动态的多目标尺寸优化设计。最终在满足刀头变形指标的前提下,相比于初始整机结构,1、2阶固有频率分别提高了5.13%和19.64%,整机质量降低16.05%,轻量化效果显著。本文对XHGS256龙门加工中心关键部件的结构优化与整机多目标尺寸优化的工作表明,在机床设计阶段,采用现代的优化设计方法能够有效地提高机床静、动态性能并实现结构的轻量化设计。
[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.
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG659

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 董军功;重视外围电路,巧修加工中心[J];制造技术与机床;2000年06期

2 是有钧;用于航空航天工业的世界最大加工中心[J];制造技术与机床;2000年09期

3 林海梁;定梁龙门加工中心的增程机构[J];机械工程师;2000年11期

4 赵葛霄;加工中心使用中若干问题的探讨[J];机床与液压;2001年02期

5 余维镇;进口加工中心的使用 维护与保养[J];中国设备工程;2001年10期

6 ;加工中心的技术发展概况[J];洪都科技;2002年04期

7 ;袖珍型加工中心[J];机电一体化;2002年04期

8 邵春新;加工中心综合故障分析与维修[J];制造技术与机床;2003年01期

9 汪建平;加工中心Y轴跳动故障的分析与维修[J];设备管理与维修;2004年02期

10 ;意大利推出新型加工中心[J];林业机械与木工设备;2004年02期

相关会议论文 前10条

1 范超毅;;打造国产加工中心的品牌势在必行[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年

2 范超毅;;打造国产加工中心的品牌势在必行[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年

3 范超毅;;我国加工中心的现状与发展趋势[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年

4 范超毅;;加速发展普及型加工中心与促进我国数控机床的产业化[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年

5 武亚鹏;侯建伟;;加工中心在推土机后桥箱上的应用[A];2010全国机电企业工艺年会《上海电气杯》征文论文集[C];2010年

6 李伯基;冯智宁;梁启刚;;定梁龙门加工中心横梁导轨变形分析与优化设计[A];第11届粤港机械电子工程技术与应用研讨会论文汇编[C];2010年

7 范超毅;;打造国产加工中心的品牌势在必行[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年

8 朱勇;;加工中心传动机构的改进[A];设备管理与维修实践和探索论文集[C];2005年

9 朱菊红;;加工中心在用油液的品质控制[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年

10 李彬;戴怡;;加工中心故障诊断实例分析[A];第八届全国设备与维修工程学术会议、第十三届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 邢海涛 赵宇龙;用户满意的加工中心品牌揭晓[N];中国工业报;2006年

2 丁雪生;国产加工中心差距明显 加速产业化是当务之急[N];中国工业报;2006年

3 韩国栋;国产加工中心的差距在哪里?[N];机电商报;2007年

4 ;宝钢加工中心经营管理体系模式建立及推行[N];世界金属导报;2007年

5 丁雪生;进口激增 国产加工中心的差距在哪里?[N];中国工业报;2005年

6 张尊海 王浚杰;现代化大型工业膳食加工中心在宁波运营[N];中国食品质量报;2009年

7 徐树滋;加工中心已成为数控机床代表性产品[N];机电商报;2010年

8 徐方伟 史鹏程;全省最大废纸分拣加工中心在并开业[N];太原日报;2011年

9 飞天;浦项制铁墨西哥钢板加工中心正式投产[N];中国冶金报;2007年

10 周纹;浦项制铁提高横滨加工中心年产能[N];中国冶金报;2007年

相关博士学位论文 前9条

1 苏於梁;双主轴双刀塔车削加工中心CAPP关键技术研究[D];上海交通大学;2015年

2 王桂萍;加工中心可靠性及绿色性评价体系与增长技术研究[D];吉林大学;2008年

3 王晓峰;加工中心可信性影响度分析及增长技术研究[D];吉林大学;2012年

4 李小兵;加工中心时间动态可靠性建模[D];吉林大学;2012年

5 朱立达;车铣加工中心动态特性及其加工机理的仿真与实验研究[D];东北大学 ;2010年

6 孙曙光;基于QFD的加工中心可用性保障技术研究[D];吉林大学;2015年

7 李鹏;加工中心在机复合式检测系统的关键技术研究[D];大连海事大学;2012年

8 刘建慧;基于拓扑结构和换刀动作特性的加工中心运动方案设计方法研究[D];上海交通大学;2006年

9 姚洪权;多模式下水泥流通加工中心选址研究[D];吉林大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄雷;加工中心可靠性研究[D];东北大学;2009年

2 牛卫朋;基于结合面模型的机床整机动力学性能分析与试验研究[D];南京理工大学;2015年

3 陈仲嘉;基于复合式镗铣加工中心箱体零件数字找正方法研究[D];沈阳理工大学;2015年

4 崔世超;复杂箱体精密复合镗铣加工中心结构设计中若干问题研究[D];沈阳理工大学;2015年

5 王彬;复合式镗铣加工中心综合空间误差建模与补偿的研究[D];沈阳理工大学;2015年

6 王兴;基于混合不确定性信息处理的加工中心不完全维修及健康评估方法研究[D];电子科技大学;2015年

7 陶高群;MX加工中心的油气路改造及自动回原位研究[D];安徽理工大学;2016年

8 孙晶;基于可重构理论的异型石材加工中心结构分析与优化[D];沈阳建筑大学;2014年

9 毕海波;木衣架整体式加工中心的优化与仿真[D];广西科技大学;2015年

10 宋康;加工中心关键部件更换时间研究[D];吉林大学;2016年



本文编号:1860020

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/1860020.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户39668***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com