大型龙门铣床新型横梁的研究与设计

发布时间：2017-10-18 15:01

  本文关键词：大型龙门铣床新型横梁的研究与设计

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【摘要】：龙门铣床具有加工效率高、刚度好、跨度大、精度高等特点,在机床行业中具有举足轻重的地位,随着科学技术的发展进步,对机床的设计提出了更高的要求。传统设计方法的局限性逐渐显现,新方法的开发与应用愈显重要。在这样的行业背景下,本文以某型大型龙门铣床为基础,以轻量化设计和提高横梁刚度为目标,结合结构仿生、拓扑优化以及多目标优化等设计手段,对横梁进行了新型结构的设计。本文的主要研究内容有以下几个方面:(1)对本文涉及到的仿生理论、拓扑优化理论、多目标优化理论、模糊优选理论、层次分析理论进行了研究。(2)本文从外形轮廓和内部筋板两个方面对横梁进行了新结构的设计。横梁的外形轮廓设计,本文利用ESO方法进行了APDL语言的优化算法编程,对横梁进行了拓扑优化,确定了横梁的外形轮廓设计。对于内部筋板的设计,本文通过相似性评价选择了王莲和竹作为仿生对象,对其结构和力学性能进行了研究,归纳出了它们的构型特点,应用到新型筋板的结构设计中,并提出了区块化结构仿生的设计理念,在此基础上进行了横梁新型结构的设计。(3)通过结构仿生设计出若干备选方案,为避免方案尺寸参数搭配对优选结果造成影响,导致优秀方案的差尺寸搭配不如较差方案的好尺寸搭配的情况,首先对每种方案进行了多目标优化,保证每种方案都是每种构型设计的优秀方案,然后将这几种优秀方案一起进行多目标的综合优选评价,从横梁性能和工艺两个方面选出最好的设计方案。(4)从横梁的定位精度着手,对承载部件在横梁上移动时刀具轨迹的直线度和角度偏差展开研究,提取了承载部件移动到横梁不同位置导轨面处的变形数据,并应用MATLAB软件对数据进行了处理,仿真了横梁导轨面处变形的补偿,结果表明精度有很好的提高。
【关键词】：横梁 结构仿生 多目标优化 优选 精度
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG542
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 仿生学概述11-13
• 1.2.1 仿生学的定义及意义11-12
• 1.2.2 仿生学的研究发展现状12-13
• 1.3 论文的主要研究内容13-15
• 第2章 仿生生物的结构性能研究15-33
• 2.1 仿生基本理论15-18
• 2.1.1 仿生基本理论概述15-16
• 2.1.2 仿生研究过程16-18
• 2.2 仿生对象的相似性评价18-19
• 2.2.1 王莲的相似性评价18-19
• 2.2.2 竹子的相似性评价19
• 2.3 王莲叶脉的结构性能研究及力学模型建立19-26
• 2.3.1 次级叶脉与相邻主叶脉成角度力学模型研究19-22
• 2.3.2 相邻主叶脉趋于平行现象力学模型研究22-23
• 2.3.3 王莲主叶脉外形结构力学模型研究23-25
• 2.3.4 次级叶脉的截面安置方式力学模型研究25-26
• 2.4 竹子的结构性能研究与力学模型建立26-27
• 2.4.1 竹中空结构的力学性能研究26-27
• 2.4.2 竹节结构的力学性能研究27
• 2.5 生物力学模型向工程模型的演化27-32
• 2.5.1 王莲的构型特点演化27-31
• 2.5.2 竹的构型特点演化31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 横梁的结构仿生设计与参数化优化33-60
• 3.1 横梁的静力计算33-35
• 3.2 横梁的结构设计35-49
• 3.2.1 基于拓扑优化的横梁外形设计37-42
• 3.2.2 基于仿生的横梁筋板结构设计42-49
• 3.3 横梁的灵敏度分析与优化设计49-59
• 3.3.1 横梁的静态特性灵敏度分析49-52
• 3.3.2 横梁的动态特性灵敏度分析52-56
• 3.3.3 横梁的多目标优化设计56-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第4章 横梁方案的优选60-78
• 4.1 综合评价理论研究60-68
• 4.1.1 模糊综合评价的基本理论60-61
• 4.1.2 层次分析法的基本理论61-65
• 4.1.3 基于两种评价方法的横梁性能改进综合评价研究65-68
• 4.2 横梁各方案的优选68-77
• 4.2.1 建立层级结构68-69
• 4.2.2 确定性能矩阵69-70
• 4.2.3 确定性能提高矩阵70
• 4.2.4 一级指标的权重计算70-72
• 4.2.5 二级指标因子的权重计算72-73
• 4.2.6 综合指标因子的权重计算73-74
• 4.2.7 方案的综合性能评价74-75
• 4.2.8 性能与工艺的综合评价75-77
• 4.3 本章小结77-78
• 第5章 横梁的精度提高研究78-93
• 5.1 曲线拟合理论79-83
• 5.1.1 最小二乘法的基本原理79-80
• 5.1.2 最小二乘多项式拟合80-81
• 5.1.3 拟合优度检验81-83
• 5.2 基于MATLAB的数据拟合实现83-85
• 5.2.1 导轨数据的提取83-85
• 5.2.2 导轨数据的MATLAB曲线拟合85
• 5.2.3 基于MATLAB的拟合优度检验85
• 5.3 横梁导轨的变形补偿85-92
• 5.3.1 横梁数据的提取与曲线的拟合85-87
• 5.3.2 横梁导轨面的预拱曲线拟合87-89
• 5.3.3 具有预拱导轨面的横梁仿真分析89-92
• 5.4 本章小结92-93
• 结论93-94
• 参考文献94-97
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果97

【参考文献】

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