面向数控车床床身静动态性能的近似模型及多目标优化研究
发布时间：2021-10-07 16:03
床身作为车床的关键承载部件,其静动态性能直接影响着车床对工件的加工质量。随着车床转速与加工精度的提高,对床身各方面性能均提出了更高的要求。研究表明,优化床身结构及其参数是改善车床整机性能的有效途径之一。鉴于此,本文以某企业数控卧式车床为对象,开展了面向床身静动态性能的研究工作。具体研究内容如下:首先,分析了数控车床床身结构特点;探讨了床身载荷的分布情况,建立了床身力学模型;借助ANSYS软件,进行了床身的静力学和模态分析,提取了床身性能参数,找出了床身结构的薄弱部位。其次,总结了床身静动态性能改进方法,并对床身薄弱部位进行改进。结果表明:改进后的床身静态变形减少了15.24%,一阶模态频率提高了3.43%,质量却增加了99.3Kg,即床身仍具有优化空间,需对其进行二次优化;针对改进后的床身,初步选定17个结构参数作为待优化变量;基于Morris的灵敏度分析结果筛选出了13对床身各性能指标影响较大的参数;借助最优拉丁超立方设计方法获取了样本信息。再次,分析了5种常用的近似模型参数选择方法、精度影响因素,及其在MATLAB中的构建方法,并提出将交叉验证、循环结构以及遗传算法用于模型参数的优...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结构优化流程
赵海鸣等人基于二阶响应面法，建立了机床底座质量之间的数学模型，并利用 ANSYS Workbench 自带的数组合[11]。述几个方面对机床结构件的优化研究均有涉及，起步密歇根大学的 Jiang 等人在有限元技术的基础之上，结构性能，并进行拓扑优化[12]。衣阿华州立大学的 Y化当中，缩短了产品开发时间[13]。Kushnir 及其团队设计、整机组合三个阶段[14]。美国学者 Hull 与 Patric构件的优化设计[15]。Kore 等人通过研究竹子结构特点计[16]。Swami 等人采用结构与参数优化相结合的方法前后对比，从而验证设计结果的可行性[17]。术
在实际加工过程中，刀具与工件产生的载荷通过主轴箱、刀架、尾座等多个途径经身传递到地面。作为车床最大的支撑部件，床身性能的优劣直接关系到整个车床的加工量。本章主要从静态、动态两个方面对床身进行分析，以便于了解床身的刚度、强度以抗振能力。因此，利用有限元软件 ANSYS 对床身进行静力学、模态分析，进而找出床结构的薄弱环节，为后续优化工作提供依据。2.2 斜床身车床结构特点分析本课题研究对象是江苏某机床厂自行研发的斜床身卧式车床（模型装配如图 2.1（a所示）。该车床能够进行车削外圆、端面、切槽、切削螺纹等一系列工序，是一种万能用类数控车床。车床外形尺寸（长宽高）为 3170mm×1180mm×1700mm。该车床可加工最大工件重量为 1000Kg，最大切削直径为 Φ400mm，最大加工长度为 960mm，主轴采两支承结构，最高转速可达 2600rpm。刀架纵向进给、横向进给由伺服电机和丝杠驱动可稳定达到 IT6 级精度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于拓扑优化与多目标优化的机床底座结构设计[J]. 赵海鸣,蒋彬彬,李密. 机械设计与研究. 2018(04)
[2]基于熵权TOPSIS方法的整车动力学性能多目标优化[J]. 蒋荣超,刘大维,王登峰. 机械工程学报. 2018(02)
[3]互学习神经网络训练方法研究[J]. 刘威,刘尚,白润才,周璇,周定宁. 计算机学报. 2017(06)
[4]基于TOPSIS法的大型床身优选设计[J]. 李宇鹏,孙洪胜,许亚钢. 中国机械工程. 2017(03)
[5]基于自适应代理模型的气动优化方法[J]. 夏露,王丹,张阳,朱莉. 空气动力学学报. 2016(04)
[6]积极适应新常态 逆势承压调整转型——中国装备制造业“十二五”发展回顾与“十三五”展望[J]. 张燕. 通用机械. 2016(04)
[7]基于网格变形与代理模型的横梁参数化建模与轻量化优化[J]. 罗黎,孙蓓蓓,陈翰翔. 东南大学学报(自然科学版). 2015(01)
[8]数控机床主轴系统热模型参数多目标修正方法[J]. 邓小雷,傅建中,夏晨晖,付国强,陈子辰. 机械工程学报. 2014(15)
[9]基于SVM与BP的分类与回归比较研究[J]. 肖晓,徐启华. 新型工业化. 2014(05)
[10]支持向量机近似模型的参数选取及其在结构优化中的应用[J]. 何小二,王德禹. 上海交通大学学报. 2014(04)
博士论文
[1]机床用碳纤维增强树脂矿物复合材料的制备与性能研究[D]. 王涛.山东大学 2014
[2]组合近似模型方法研究及其在轿车车身轻量化设计的应用[D]. 潘锋.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]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[D]. 刘伟虔.山东大学 2016
[2]基于TOPSIS法的球形蜗杆砂轮磨齿机床身结构优选设计研究[D]. 许亚钢.燕山大学 2016
[3]基于拓扑优化的球形蜗杆砂轮磨齿机工作台设计[D]. 赵浩明.燕山大学 2016
[4]数控车床主轴部件及支承件结构优化方法研究[D]. 赵云.东北大学 2015
[5]基于高维模型表示的近似建模及其采样策略研究[D]. 黄志远.华中科技大学 2014
[6]新型数控机床数控转台的动静态特性分析与结构优化[D]. 李树宏.哈尔滨工业大学 2013
[7]树脂矿物复合材料加工中心床身静动态及热态特性应用与研究[D]. 苏欣.南京理工大学 2014
[8]精密卧式加工中心关键大件多目标优化设计[D]. 云青.天津大学 2014
[9]基于支持向量机近似模型的结构优化设计及应用研究[D]. 袁野.上海交通大学 2013
[10]树脂混凝土构件的动态特性研究及其在大型数控龙门式平面磨床上的应用[D]. 段京虎.浙江工业大学 2008
本文编号：3422354
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
结构优化流程
赵海鸣等人基于二阶响应面法，建立了机床底座质量之间的数学模型，并利用 ANSYS Workbench 自带的数组合[11]。述几个方面对机床结构件的优化研究均有涉及，起步密歇根大学的 Jiang 等人在有限元技术的基础之上，结构性能，并进行拓扑优化[12]。衣阿华州立大学的 Y化当中，缩短了产品开发时间[13]。Kushnir 及其团队设计、整机组合三个阶段[14]。美国学者 Hull 与 Patric构件的优化设计[15]。Kore 等人通过研究竹子结构特点计[16]。Swami 等人采用结构与参数优化相结合的方法前后对比，从而验证设计结果的可行性[17]。术
在实际加工过程中，刀具与工件产生的载荷通过主轴箱、刀架、尾座等多个途径经身传递到地面。作为车床最大的支撑部件，床身性能的优劣直接关系到整个车床的加工量。本章主要从静态、动态两个方面对床身进行分析，以便于了解床身的刚度、强度以抗振能力。因此，利用有限元软件 ANSYS 对床身进行静力学、模态分析，进而找出床结构的薄弱环节，为后续优化工作提供依据。2.2 斜床身车床结构特点分析本课题研究对象是江苏某机床厂自行研发的斜床身卧式车床（模型装配如图 2.1（a所示）。该车床能够进行车削外圆、端面、切槽、切削螺纹等一系列工序，是一种万能用类数控车床。车床外形尺寸（长宽高）为 3170mm×1180mm×1700mm。该车床可加工最大工件重量为 1000Kg，最大切削直径为 Φ400mm，最大加工长度为 960mm，主轴采两支承结构，最高转速可达 2600rpm。刀架纵向进给、横向进给由伺服电机和丝杠驱动可稳定达到 IT6 级精度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于拓扑优化与多目标优化的机床底座结构设计[J]. 赵海鸣,蒋彬彬,李密. 机械设计与研究. 2018(04)
[2]基于熵权TOPSIS方法的整车动力学性能多目标优化[J]. 蒋荣超,刘大维,王登峰. 机械工程学报. 2018(02)
[3]互学习神经网络训练方法研究[J]. 刘威,刘尚,白润才,周璇,周定宁. 计算机学报. 2017(06)
[4]基于TOPSIS法的大型床身优选设计[J]. 李宇鹏,孙洪胜,许亚钢. 中国机械工程. 2017(03)
[5]基于自适应代理模型的气动优化方法[J]. 夏露,王丹,张阳,朱莉. 空气动力学学报. 2016(04)
[6]积极适应新常态 逆势承压调整转型——中国装备制造业“十二五”发展回顾与“十三五”展望[J]. 张燕. 通用机械. 2016(04)
[7]基于网格变形与代理模型的横梁参数化建模与轻量化优化[J]. 罗黎,孙蓓蓓,陈翰翔. 东南大学学报(自然科学版). 2015(01)
[8]数控机床主轴系统热模型参数多目标修正方法[J]. 邓小雷,傅建中,夏晨晖,付国强,陈子辰. 机械工程学报. 2014(15)
[9]基于SVM与BP的分类与回归比较研究[J]. 肖晓,徐启华. 新型工业化. 2014(05)
[10]支持向量机近似模型的参数选取及其在结构优化中的应用[J]. 何小二,王德禹. 上海交通大学学报. 2014(04)
博士论文
[1]机床用碳纤维增强树脂矿物复合材料的制备与性能研究[D]. 王涛.山东大学 2014
[2]组合近似模型方法研究及其在轿车车身轻量化设计的应用[D]. 潘锋.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]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[D]. 刘伟虔.山东大学 2016
[2]基于TOPSIS法的球形蜗杆砂轮磨齿机床身结构优选设计研究[D]. 许亚钢.燕山大学 2016
[3]基于拓扑优化的球形蜗杆砂轮磨齿机工作台设计[D]. 赵浩明.燕山大学 2016
[4]数控车床主轴部件及支承件结构优化方法研究[D]. 赵云.东北大学 2015
[5]基于高维模型表示的近似建模及其采样策略研究[D]. 黄志远.华中科技大学 2014
[6]新型数控机床数控转台的动静态特性分析与结构优化[D]. 李树宏.哈尔滨工业大学 2013
[7]树脂矿物复合材料加工中心床身静动态及热态特性应用与研究[D]. 苏欣.南京理工大学 2014
[8]精密卧式加工中心关键大件多目标优化设计[D]. 云青.天津大学 2014
[9]基于支持向量机近似模型的结构优化设计及应用研究[D]. 袁野.上海交通大学 2013
[10]树脂混凝土构件的动态特性研究及其在大型数控龙门式平面磨床上的应用[D]. 段京虎.浙江工业大学 2008
本文编号：3422354
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