WH-7型卧式加工中心立柱特性分析及优化设计
发布时间：2022-12-17 20:46
数控机床是装备制造业的工作母机,是反映工业技术水平的重要设备,广泛应用于工业生产制造的各个领域。我国的数控机床研发起步较晚,目前还处在一个高速发展和不断突破的重要阶段,与国际先进水平之间还有很大的差距,尤其是在结构设计和加工精度方面。本文以WH-7型卧式加工中心关键件立柱为研究对象,从卧式加工中心整机入手,通过有限元建模的方法分析了整机的动静态特性,提出了一种新的立柱结构拓扑优化方法并对其进行了优化设计。全文主要内容包括:（1）基于虚拟介质法的卧式加工中心主要结合面有限元建模及动静态特性分析。对卧式加工中心进行有限元建模,分析整机的静态性能,并在有限元模型的基础上运用虚拟介质法对卧式加工中心的主要结合面进行建模,经过模态分析和谐响应分析后得出了准确的动态性能数据。（2）引入满意度权重因子的立柱折衷规划法拓扑优化。以卧式加工中心立柱为拓扑优化目标,利用满意度理论对折衷规划法进行改良,建立了带有多工况满意度权重因子的多目标拓扑优化数学模型,并设置5组不同柔度频率目标函数权重比的拓扑优化数学模型进行对照,最终选择了结构清晰的柔度频率权重比为0.7:0.3的优化结果,在其基础上进行处理,得出了...
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状综述
1.2.1 机床动静态特性分析
1.2.2 结构拓扑优化设计
1.2.3 满意度理论
1.3 课题的研究方法与内容
第二章 卧式加工中心建模及静态特性分析
2.1 静态特性分析的基本理论
2.1.1 有限元法
2.1.2 静力分析
2.2 卧式加工中心建模
2.2.1 卧式加工中心CAD模型
2.2.2 卧式加工中心有限元模型
2.3 卧式加工中心静态特性分析
2.3.1 切削力的计算
2.3.2 卧式加工中心工况划分
2.3.3 卧式加工中心静力分析
2.4 本章小结
第三章 卧式加工中心结合面建模及动态特性分析
3.1 动态特性分析的基本理论
3.1.1 模态分析
3.1.2 谐响应分析
3.2 卧式加工中心结合面建模
3.2.1 机械结合面研究概况
3.2.2 结合面建模方法
3.2.3 卧式加工中心结合面虚拟介质参数识别
3.2.4 结合面虚拟介质参数计算及有限元建模
3.3 卧式加工中心动态特性分析
3.3.1 模态分析
3.3.2 谐响应分析
3.4 本章小结
第四章 立柱的拓扑优化设计
4.1 拓扑优化理论概述
4.1.1 拓扑优化方法
4.1.2 拓扑优化求解算法
4.2 立柱拓扑优化数学模型
4.2.1 折衷规划法
4.2.2 满意度理论
4.2.3 多目标拓扑优化数学模型
4.3 立柱拓扑优化过程及结果分析
4.3.1 立柱有限元模型前处理
4.3.2 不同权重比下优化结果分析
4.4 本章小结
第五章 立柱拓扑模型的尺寸优化设计
5.1 试验设计
5.1.1 试验设计方法
5.1.2 Box-Behnken试验设计
5.1.3 响应面模型
5.2 试验响应面图形分析
5.2.1 质量指标响应面
5.2.2 最大变形量指标响应面
5.2.3 最大应力值指标响应面
5.2.4 一阶固有频率指标响应面
5.3 最优方案选择
5.3.1 灰色关联分析
5.3.2 灰色关联系数
5.3.3 灰色关联度
5.4 优化结果验证
5.5 本章小结
总结与展望
全文总结
研究展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所撰写及录用的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模态参数验证的机床结构件优化设计[J]. 应申舜,林绿高,计时鸣. 浙江大学学报(工学版). 2018(10)
[2]结构拓扑优化的一些基本概念和研究方法[J]. 周克民. 力学与实践. 2018(03)
[3]基于神经网络建模的机床滑动结合面动态特性参数识别[J]. 朱坚民,周亚南,何丹丹,郑洲洋. 振动与冲击. 2018(07)
[4]基于ANSYS的旋挖钻机动臂的拓扑优化设计[J]. 黄会荣,贺明辉,倪亮军,袁博阳. 机械设计与研究. 2017(04)
[5]基于耦合分析与加权满意度的机械系统多目标协同优化方法[J]. 马军,武柳洋,何文斌,明五一,曹阳. 中国机械工程. 2017(13)
[6]面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究[J]. 刘成颖,谭锋,王立平,蔡钊勇. 机械工程学报. 2016(03)
[7]基于虚拟介质层的直线滚动导轨结合部动态特性分析[J]. 李钦奉,李坤,周瑞,朱旺成. 机床与液压. 2015(21)
[8]中国制造业的核心能力、功能定位与发展战略——兼评《中国制造2025》[J]. 黄群慧,贺俊. 中国工业经济. 2015(06)
[9]基于ICM拓扑优化的加工中心床身轻量化设计[J]. 任帅,宋冬冬. 机床与液压. 2014(13)
[10]基于虚拟材料的结合面建模与参数获取方法[J]. 贾文锋,张学良,温淑花,陈永会,杨波. 太原科技大学学报. 2013(05)
博士论文
[1]移植ICM方法拓展的结构拓扑优化SIMP方法[D]. 易桂莲.北京工业大学 2014
[2]机械结构固定结合部动力学建模[D]. 田红亮.华中科技大学 2011
[3]连续体结构静力拓扑优化方法与软件开发[D]. 叶红玲.北京工业大学 2005
硕士论文
[1]HT-4型卧式加工中心床身特性分析及优化[D]. 李建龙.兰州理工大学 2018
[2]高速卧式加工中心静动态性能分析与结构优化[D]. 谭锋.电子科技大学 2015
[3]高速精密卧式加工中心的设计与研究[D]. 李云兰.湖南大学 2014
[4]基于结合面参数的高档数控机床动态特性分析与优化[D]. 李奎.南京理工大学 2011
[5]考虑导轨结合面影响的数控机床动态特性分析及结构优化[D]. 刘称意.东北大学 2010
[6]机床双螺栓固定结合面单元动力学参数识别[D]. 徐强.华中科技大学 2009
本文编号：3720622
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状综述
1.2.1 机床动静态特性分析
1.2.2 结构拓扑优化设计
1.2.3 满意度理论
1.3 课题的研究方法与内容
第二章 卧式加工中心建模及静态特性分析
2.1 静态特性分析的基本理论
2.1.1 有限元法
2.1.2 静力分析
2.2 卧式加工中心建模
2.2.1 卧式加工中心CAD模型
2.2.2 卧式加工中心有限元模型
2.3 卧式加工中心静态特性分析
2.3.1 切削力的计算
2.3.2 卧式加工中心工况划分
2.3.3 卧式加工中心静力分析
2.4 本章小结
第三章 卧式加工中心结合面建模及动态特性分析
3.1 动态特性分析的基本理论
3.1.1 模态分析
3.1.2 谐响应分析
3.2 卧式加工中心结合面建模
3.2.1 机械结合面研究概况
3.2.2 结合面建模方法
3.2.3 卧式加工中心结合面虚拟介质参数识别
3.2.4 结合面虚拟介质参数计算及有限元建模
3.3 卧式加工中心动态特性分析
3.3.1 模态分析
3.3.2 谐响应分析
3.4 本章小结
第四章 立柱的拓扑优化设计
4.1 拓扑优化理论概述
4.1.1 拓扑优化方法
4.1.2 拓扑优化求解算法
4.2 立柱拓扑优化数学模型
4.2.1 折衷规划法
4.2.2 满意度理论
4.2.3 多目标拓扑优化数学模型
4.3 立柱拓扑优化过程及结果分析
4.3.1 立柱有限元模型前处理
4.3.2 不同权重比下优化结果分析
4.4 本章小结
第五章 立柱拓扑模型的尺寸优化设计
5.1 试验设计
5.1.1 试验设计方法
5.1.2 Box-Behnken试验设计
5.1.3 响应面模型
5.2 试验响应面图形分析
5.2.1 质量指标响应面
5.2.2 最大变形量指标响应面
5.2.3 最大应力值指标响应面
5.2.4 一阶固有频率指标响应面
5.3 最优方案选择
5.3.1 灰色关联分析
5.3.2 灰色关联系数
5.3.3 灰色关联度
5.4 优化结果验证
5.5 本章小结
总结与展望
全文总结
研究展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所撰写及录用的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模态参数验证的机床结构件优化设计[J]. 应申舜,林绿高,计时鸣. 浙江大学学报(工学版). 2018(10)
[2]结构拓扑优化的一些基本概念和研究方法[J]. 周克民. 力学与实践. 2018(03)
[3]基于神经网络建模的机床滑动结合面动态特性参数识别[J]. 朱坚民,周亚南,何丹丹,郑洲洋. 振动与冲击. 2018(07)
[4]基于ANSYS的旋挖钻机动臂的拓扑优化设计[J]. 黄会荣,贺明辉,倪亮军,袁博阳. 机械设计与研究. 2017(04)
[5]基于耦合分析与加权满意度的机械系统多目标协同优化方法[J]. 马军,武柳洋,何文斌,明五一,曹阳. 中国机械工程. 2017(13)
[6]面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究[J]. 刘成颖,谭锋,王立平,蔡钊勇. 机械工程学报. 2016(03)
[7]基于虚拟介质层的直线滚动导轨结合部动态特性分析[J]. 李钦奉,李坤,周瑞,朱旺成. 机床与液压. 2015(21)
[8]中国制造业的核心能力、功能定位与发展战略——兼评《中国制造2025》[J]. 黄群慧,贺俊. 中国工业经济. 2015(06)
[9]基于ICM拓扑优化的加工中心床身轻量化设计[J]. 任帅,宋冬冬. 机床与液压. 2014(13)
[10]基于虚拟材料的结合面建模与参数获取方法[J]. 贾文锋,张学良,温淑花,陈永会,杨波. 太原科技大学学报. 2013(05)
博士论文
[1]移植ICM方法拓展的结构拓扑优化SIMP方法[D]. 易桂莲.北京工业大学 2014
[2]机械结构固定结合部动力学建模[D]. 田红亮.华中科技大学 2011
[3]连续体结构静力拓扑优化方法与软件开发[D]. 叶红玲.北京工业大学 2005
硕士论文
[1]HT-4型卧式加工中心床身特性分析及优化[D]. 李建龙.兰州理工大学 2018
[2]高速卧式加工中心静动态性能分析与结构优化[D]. 谭锋.电子科技大学 2015
[3]高速精密卧式加工中心的设计与研究[D]. 李云兰.湖南大学 2014
[4]基于结合面参数的高档数控机床动态特性分析与优化[D]. 李奎.南京理工大学 2011
[5]考虑导轨结合面影响的数控机床动态特性分析及结构优化[D]. 刘称意.东北大学 2010
[6]机床双螺栓固定结合面单元动力学参数识别[D]. 徐强.华中科技大学 2009
本文编号：3720622
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3720622.html
