基于刚度匹配的小型立式精密机床结构优化设计
发布时间：2023-06-19 18:49
随着机械行业的快速发展以及智能时代的到来,对机械加工的精度要求越来越高,提高数控机床的加工精度和综合性能,对机械行业的发展具有重要意义。本文以某小型立式数控加工中心为研究对象,分析了其各个部件与整机的刚度匹配性,定义了刚度匹配评价准则,对不满足该标准的机床部件进行了多目标拓扑优化设计,具体内容如下:(1)建立了G型立式加工中心的CAD、CAE模型和虚拟样机模型,对机床立柱进行了模态试验,验证了有限元模型的正确性。(2)改变机床各个部件刚度,并对整机进行静力分析、自由模态分析和运动学仿真分析,得到了各个部件对整机各方面性能的影响,提出一种适用于立式精密机床其各基础件刚度与整机刚度是否匹配的评价准则的刚度匹配评价准则,具体如下:1)静刚度匹配准则:当某部件的弹性模量改变为原来的两倍时,若在静力分析中刀尖变形的改变量不超过25%,即认为该部件与机床中其他部件的静刚度匹配;2)动刚度匹配准则:当某部件的弹性模量改变为原来的两倍时,若在模态分析中整机前六阶固有频率的改变量均不超过15%,即认为该部件与机床整机的动刚度匹配。3)运动学匹配准则:当某部件的弹性模量改变为原来的两倍时,若在运动学仿真分...
【文章页数】：78 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
1.2.1 静刚度的研究现状
1.2.2 动刚度的研究现状
1.2.3 运动学仿真的研究现状
1.2.4 刚度匹配的研究现状
1.2.5 多目标拓扑优化设计的研究现状
1.3 本课题主要研究内容
1.4 课题研究路线
第二章 立式加工中心整机有限元建模及分析
2.1 机床CAD模型及CAE模型的建立
2.1.1 机床CAD模型的建立
2.1.2 有限元建模理论
2.1.3 机床CAE模型的建立
2.2 有限元模型实验验证
2.2.1 模态分析理论
2.2.2 立柱有限元模型自由模态分析
2.2.3 立柱模态实验及实验仿真对比
2.3 机床部件自由模态分析
2.4 本章小结
第三章 立式加工中心刚度匹配性分析
3.1 静刚度匹配性分析
3.1.1 静力学分析理论
3.1.2 整机静力学分析
3.1.3 各部件对整机静刚度的影响
3.1.4 静力分析结论
3.2 动刚度匹配性分析
3.2.1 动刚度的定义
3.2.2 动刚度与模态
3.2.3 整机模态分析
3.2.4 各部件对整机动刚度的影响
3.2.5 模态分析结论
3.3 运动学仿真
3.3.1 运动学基本理论
3.3.2 刚柔耦合模型建立
3.3.3 运动学仿真设置
3.3.4 仿真结果分析
3.3.5 运动学仿真结论
3.4 刚度匹配评价准则
3.5 本章小结
第四章 多目标拓扑优化
4.1 变密度法理论
4.2 多目标拓扑优化数学模型
4.2.1 静刚度优化函数
4.2.2 动刚度优化函数
4.2.3 多目标优化函数
4.3 多目标拓扑优化
4.3.1 多目标拓扑优化函数的确立
4.3.2 多目标拓扑优化结果
4.3.3 机床立柱结构改进
4.3.4 立柱第二次优化
4.3.5 确定最终立柱结构
4.5 本章小结
第五章 优化后整机综合性能评价
5.1 优化后静刚度分析
5.1.1 优化后整机静力学性能对比
5.1.2 新立柱对整机静刚度的影响
5.1.3 静力分析结果
5.2 优化后动刚度分析
5.2.1 优化前后整机动态性能对比
5.2.2 新立柱对整机动刚度的影响
5.2.3 模态分析结果
5.3 优化后运动学仿真分析
5.3.1 优化前后整机运动学仿真分析对比
5.3.2 新立柱对整机运动学特性影响
5.3.3 运动学仿真结果
5.4 性能评价结果
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3834923
【文章页数】：78 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
1.2.1 静刚度的研究现状
1.2.2 动刚度的研究现状
1.2.3 运动学仿真的研究现状
1.2.4 刚度匹配的研究现状
1.2.5 多目标拓扑优化设计的研究现状
1.3 本课题主要研究内容
1.4 课题研究路线
第二章 立式加工中心整机有限元建模及分析
2.1 机床CAD模型及CAE模型的建立
2.1.1 机床CAD模型的建立
2.1.2 有限元建模理论
2.1.3 机床CAE模型的建立
2.2 有限元模型实验验证
2.2.1 模态分析理论
2.2.2 立柱有限元模型自由模态分析
2.2.3 立柱模态实验及实验仿真对比
2.3 机床部件自由模态分析
2.4 本章小结
第三章 立式加工中心刚度匹配性分析
3.1 静刚度匹配性分析
3.1.1 静力学分析理论
3.1.2 整机静力学分析
3.1.3 各部件对整机静刚度的影响
3.1.4 静力分析结论
3.2 动刚度匹配性分析
3.2.1 动刚度的定义
3.2.2 动刚度与模态
3.2.3 整机模态分析
3.2.4 各部件对整机动刚度的影响
3.2.5 模态分析结论
3.3 运动学仿真
3.3.1 运动学基本理论
3.3.2 刚柔耦合模型建立
3.3.3 运动学仿真设置
3.3.4 仿真结果分析
3.3.5 运动学仿真结论
3.4 刚度匹配评价准则
3.5 本章小结
第四章 多目标拓扑优化
4.1 变密度法理论
4.2 多目标拓扑优化数学模型
4.2.1 静刚度优化函数
4.2.2 动刚度优化函数
4.2.3 多目标优化函数
4.3 多目标拓扑优化
4.3.1 多目标拓扑优化函数的确立
4.3.2 多目标拓扑优化结果
4.3.3 机床立柱结构改进
4.3.4 立柱第二次优化
4.3.5 确定最终立柱结构
4.5 本章小结
第五章 优化后整机综合性能评价
5.1 优化后静刚度分析
5.1.1 优化后整机静力学性能对比
5.1.2 新立柱对整机静刚度的影响
5.1.3 静力分析结果
5.2 优化后动刚度分析
5.2.1 优化前后整机动态性能对比
5.2.2 新立柱对整机动刚度的影响
5.2.3 模态分析结果
5.3 优化后运动学仿真分析
5.3.1 优化前后整机运动学仿真分析对比
5.3.2 新立柱对整机运动学特性影响
5.3.3 运动学仿真结果
5.4 性能评价结果
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3834923
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3834923.html
