微型移动龙门数控铣床本体结构设计与优化

发布时间：2017-10-13 12:19

  本文关键词：微型移动龙门数控铣床本体结构设计与优化

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【摘要】：对于中小型零件的加工制造,采用微小型机床,可节省资源、能源以及制造空间,符合节能环保的绿色制造要求,因此,微小型机床的研发受到了广泛的关注。本文以微型移动龙门式数控铣床为研究对象,对该铣床本体结构做了初步方案设计,利用有限元方法对其进行了动静态特性分析,并对关键部件进行了结构优化;根据有限元分析和优化结果设计加工出该微型铣床样机并对其进行了精度检测,验证了该微型铣床样机的实际加工精度。本文根据微型铣床典型加工工况,对微型移动龙门式铣床主传动系统、进给系统和基础件进行了初步方案设计,并利用三维软件对该微型铣床本体结构进行了三维建模。整机外形尺寸为900mm×700mm×650mm,工作行程为400mm×500mm×150mm,样机加工精度为0.02mm。选择其中一个典型工况,对该铣床进行了静力学分析,研究了在四个不同加工位置刀位点和工作台中心的应力位移情况,并分析了整机静刚度;采用弹簧阻尼单元建立了铣床导轨滑块结合部有限元模型,对整机三维模型进行了一定简化处理,建立了整机有限元动力学分析模型;对整机进行了模态分析,得出了机床前十阶固有频率和主振型;通过谐响应分析,得到了刀位点和工作台中心在典型工况的切削力激励下的响应曲线。通过对整机的静动态特性分析,找出了机床设计的薄弱环节。根据有限元分析结果,基于拓扑优化的原理,以最小应变能为目标函数,立柱质量为约束条件,对微型铣床立柱进行了优化设计;采用正交试验与有限元分析相结合的方法,以工作台自重下最大位移为优化目标,T形槽大小、槽间距、工作台厚度和工作台支撑面积为设计变量,对工作台进行了优化设计,选出了最优结果;对优化后整机结构进行了有限元分析,结果表明优化后整机动静态性能有了明显提高。根据设计及优化结果,加工出了该微型移动龙门式数控铣床样机,通过对微型铣床进行几何精度测试和调节,保证了各轴直线度和每两轴垂直度偏差小于0.002mm/M;对该机床加工的标准试件进行了检测,显示误差保持在为0.02mm-0.03mm,基本达到了该机床设计精度要求。
【关键词】：移动龙门式铣床 静动态分析 拓扑优化 正交试验
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 机床静动态特性分析11-15
• 1.2.2 机床结构优化设计15-16
• 1.3 研究内容16-18
• 第二章 微型移动龙门铣床本体设计方案18-28
• 2.1 机床结构设计方法18
• 2.2 机床本体结构设计流程18-21
• 2.2.1 机床工艺方案分析18-19
• 2.2.2 机床技术参数设计19-20
• 2.2.3 机床总体布局设计20-21
• 2.3 微型移动龙门式铣床本体结构初步设计方案21-26
• 2.3.1 微型铣床加工工艺方案21
• 2.3.2 微型铣床技术参数确定21-22
• 2.3.3 微型铣床本体结构初步方案设计22-26
• 2.4 微型铣床整机三维建模26
• 2.5 本章小结26-28
• 第三章 微型移动龙门铣床本体结构整机动静态特性分析28-45
• 3.1 有限元分析理论28-32
• 3.1.1 机床静力学分析原理28-29
• 3.1.2 机床动力学分析29-31
• 3.1.3 机床有限元静动态分析步骤31-32
• 3.2 静力学分析32-36
• 3.2.1 有限元建模32-33
• 3.2.2 仿真结果分析33-36
• 3.3 模态分析36-42
• 3.3.1 有限元建模36-40
• 3.3.3 结果分析40-42
• 3.4 谐响应分析42-44
• 3.4.1 谐响应参数求解42
• 3.4.2 谐响应求解结果分析42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 微型移动龙门式铣床关键部件优化设计45-64
• 4.1 机械结构优化的基本理论45-49
• 4.1.1 优化设计的基本概念45-47
• 4.1.2 拓扑优化算法47-48
• 4.1.3 基于正交试验的机床优化设计48-49
• 4.2 立柱结构优化设计49-53
• 4.2.1 立柱静力学分析49-50
• 4.2.2 立柱结构优化50-53
• 4.3 工作台优化设计53-59
• 4.3.1 设计变量和目标函数53-54
• 4.3.2 正交试验54-55
• 4.3.3 结果分析55-58
• 4.3.4 确定最优组合58-59
• 4.4 优化后整机有限元分析59-63
• 4.4.1 静力学分析59-61
• 4.4.2 模态分析61
• 4.4.3 谐响应分析61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 微型移动龙门式铣床样机检测64-71
• 5.1 微型移动龙门铣床样机简介64-65
• 5.2 精度检测65-70
• 5.2.1 几何精度检测65-67
• 5.2.2 工作精度检测67-70
• 5.3 本章小结70-71
• 结论71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：1024799