基于刚度匹配的五轴龙门加工中心再设计方法研究

发布时间：2020-06-18 05:38

【摘要】：以某型号五轴龙门加工中心为研究对象,对该加工中心进行有限元静力学分析和模态分析,研究其主要部件的刚度匹配性,并以某废旧机床的横梁为例设计了一台新机床,基于机床刚度匹配性理论对新机床进行了再设计,本课题的主要内容如下:(1)建立了五轴龙门加工中心溜板的CAD/CAE模型,通过模态试验和有限元分析,对比试验结果和有限元计算结果来验证模型的准确性,并建立了加工中心整机的CAD/CAE模型;(2)提出了静刚度匹配性的定义,即在某一方向上,分别提高或降低某一部件静刚度,修改后的整机静刚度相对原始整机静刚度的变化值大于50%,即认为整机中该部件在此方向上与其他部件刚度不匹配。对分别提高和降低立柱、溜板、横梁、滑鞍和滑枕静刚度的加工中心整机进行静力分析,与原始整机的静力分析结果进行对比,总结出各部件的静刚度匹配性,提出了基于静刚度匹配性的加工中心优化设计方法;(3)提出了动刚度匹配性的定义,即分别提高或降低某一部件动刚度,修改后的整机某阶固有频率相对原始整机同种振型阶次固有频率的变化值大于50%,即认为整机中该部件在此阶上与其他部件动刚度不匹配。对分别提高和降低立柱、溜板、横梁、滑鞍和滑枕动刚度的加工中心整机进行模态分析,与原始整机的模态分析结果进行对比,总结出各部件的动刚度匹配性,提出了基于动刚度匹配性的加工中心优化设计方法;(4)以横梁的结构优化设计为例,通过灵敏度分析的方法,优化了横梁结构,使其静刚度和动刚度均有所提高,优化后的整机在X、Y、Z三个方向上的静刚度分别提高了 3.3%、0.46%、4.33%,对整机动态性能影响较大的几阶固有频率分别提高了 1.44%、0.43%、0.065%,静、动态性能均有所提高,从而验证了本文提出的基于刚度匹配性的加工中心优化方法是有效可靠的;(5)应用基于刚度匹配性的优化设计方法,以某型号废旧机床的横梁为设计基础,分别对滑枕、溜板和立柱进行了结构设计,实现了以废旧机床部件设计新机床的再设计。再设计之后的新整机在X、Y、Z三个方向上的静刚度分别提高了 4.76%、10.07%、l8.28%,对整机动态性能影响较大的几阶固有频率分别提高了 4.51%、l7.33%、5.10%、5.97%,静、动态性能均有较大提升。人造花岗岩材料的引入,节约了制造成本,降低了污染的排放,同时实现了绿色设计的设计理念。本文提出的刚度匹配性理论,对于此类型的龙门加工中心的结构优化设计具有十分重要的指导意义,并为未后续的此类以及其他类型机床的进一步研究奠定了基础。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659
【图文】：

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逦第一章绪论逦逡逑第五章：对全文进行的研究作出总结与归纳，并针对当前本课题可进一步完逡逑善与研宄的内容作出了后续的研宄计划。逡逑１．３．２本文的论文框架逡逑本文的论文组织结构框架如图１－１所示。逡逑提出问题邋；逦逡逑

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２．２．２整机ＣＡＥ模型建立逡逑零件、组件、部件之间相互接触的表面称为“机械结合面”，简称“结合面机械结构结合面的动态特性对建立正确的动力学模型有着决定性的影响。结合刚度往往是机械结构整体刚度的重要组成部分，甚至可能成为整体刚度的薄弱节。以机床结构为例，一般情况下，机床结构结合部的接触刚度约占机床总刚的６０％？８０％，而结合部的阻尼占机床总阻尼的９０％以上，由此可见，相对于件本身的材料阻尼，结合部阻尼占有绝对的优势上述事实说明，在进行机结构设计时，能否建立合理准确的有限元模型，取决于能否获得合理的结合数，以及能否得到结合面本身特性的作用机理。为了减小误差，本文各部件结面均采用刚性结合面进行连接。逡逑本文模型各部件所采用的材料主要为钢材和铸铁，对应的材料属性如表２所示。逡逑９逡逑

【参考文献】