铣车复合加工中心直驱摆头动力刀架支架轻量化设计
发布时间：2021-11-16 07:00
铣车复合加工中心是中高端机床的一种,以高精度、高效率、高速度为特征。直驱摆头动力刀架是铣车复合加工中心的关键性功能部件,其性能的高低对机床的几何精度、加工质量及效率产生直接的影响。刀架支架是直驱摆头动力刀架上最值得进行优化设计的部分,因为其它主要部件主轴电机和力矩电机都是外购的通用件。课题来源于2010年“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项中的子课题立式铣车复合加工中心的研制（编号:2010ZX04001-032）。本文利用拓扑优化和有限元静动态分析相结合的方法,对支架进行了结构轻量化设计。第一步建立支架的有限元模型,对其进行静动态分析,得到设计的基本参数。然后采用拓扑优化的方法进行优化设计,得到了新支架结构设计方案。对新方案进行静、动态分析。分析结果表明:优化后的支架模型静动态特性基本不变,质量降低了22%,达到了优化目标。本文的主要研究内容如下:（1）使用Solidworks对刀架支架进行3D建模,并使用ANSYS Workbench14.0作静态特性分析,得到在不同摆角下最大变形量和最大应力,确定了极限工况。（2）对刀架支架模型进行模态分析,得到其前6阶固有频率,并对各...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的来源
1.2 课题研究的背景意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内发展现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 铣车复合加工中心和动力刀架发展现状
1.5 本文的主要研究内容
1.6 本章小结
第2章 刀架支架静力分析
2.1 有限元静力分析的方法
2.2 ANSYSWorkbench14.0简介
2.3 支架承受的载荷力计算
2.4 支架有限元模型的建立
2.5 施加边界条件和载荷并求解
2.6 静力分析结果
2.7 本章小结
第3章 刀架支架模态分析及谐响应分析
3.1 刀架支架模态分析
3.1.1 模态分析相关理论概述
3.1.2 刀架支架有限元模型建立
3.1.3 施加边界条件和载荷
3.1.4 求解结果
3.2 刀架支架谐响应分析
3.2.1 谐响应分析相关理论概述
3.2.2 建模及施加载荷
3.2.3 求解结果
3.3 本章小结
第4章 刀架支架的拓扑优化
4.1 拓扑优化概述
4.2 HyperWorks2017简介
4.3 刀架支架的拓扑优化
4.3.1 支架的网格划分
4.3.2 支架的模态分析
4.3.3 支架的拓扑优化
4.3.4 再一次拓扑优化
4.4 本章小结
第5章 刀架支架的优化设计及结果分析
5.1 建立新的几何模型
5.2 对新模型进行静力分析
5.3 对新支架作模态分析
5.4 对新支架作谐响应分析
5.5 对比分析
5.6 小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]数控机床的现状及发展趋势[J]. 赵晓丽,陈丙伟. 河北农机. 2017(12)
[2]基于灵敏度权重的双摆角铣头传动精度定量分配[J]. 吴凤和,李永欣,李树枝,李少辉. 中国机械工程. 2017(22)
[3]多因素影响下高速电主轴系统动态特性分析[J]. 谢黎明,王德洋,靳岚,杨婕. 机械制造与自动化. 2016(02)
[4]直驱式A/C轴双摆角铣头故障树分析和泄漏问题改进[J]. 郑鹏,王耀博. 机械工程师. 2015(01)
[5]大型地下装载机动臂轻量化多目标优化[J]. 赵磊,马飞. 矿山机械. 2015(01)
[6]基于有限元方法的3-PPSR大长径比柔性并联机器人刚度模型分析[J]. 栾玉亮,荣伟彬,孙立宁. 机器人. 2014(06)
[7]我国数控机床现状及发展趋势[J]. 王凯,王耀锐,李猛. 科技视界. 2014(22)
[8]基于轴向及径向刚度对直驱转台动静态特性影响的研究[J]. 靳岚,杜义康,苟卫东,谢黎明. 机械设计. 2014(06)
[9]带有传感器的支架的动特性分析及优化[J]. 王道连,孙海鹏,尹贻国,赵涛,程翔. 导弹与航天运载技术. 2014(03)
[10]基于耦合模型的高速电主轴动态分析与优化[J]. 刘俊峰,陈小安. 机械工程学报. 2014(11)
博士论文
[1]齿轮传动系统动力学特性的有限元分析及试验方法研究[D]. 杨晓宇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
硕士论文
[1]机床部件减重优化设计方法[D]. 王一名.大连理工大学 2014
[2]基于有限元分析的双小车桥式起重机主梁优化设计与软件开发[D]. 邢丽静.浙江大学 2014
[3]铣车复合加工中心直驱摆头动力刀架静动态特性分析及其优化[D]. 王春彬.兰州理工大学 2013
本文编号：3498382
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题的来源
1.2 课题研究的背景意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国内发展现状
1.3.2 国外研究现状
1.4 铣车复合加工中心和动力刀架发展现状
1.5 本文的主要研究内容
1.6 本章小结
第2章 刀架支架静力分析
2.1 有限元静力分析的方法
2.2 ANSYSWorkbench14.0简介
2.3 支架承受的载荷力计算
2.4 支架有限元模型的建立
2.5 施加边界条件和载荷并求解
2.6 静力分析结果
2.7 本章小结
第3章 刀架支架模态分析及谐响应分析
3.1 刀架支架模态分析
3.1.1 模态分析相关理论概述
3.1.2 刀架支架有限元模型建立
3.1.3 施加边界条件和载荷
3.1.4 求解结果
3.2 刀架支架谐响应分析
3.2.1 谐响应分析相关理论概述
3.2.2 建模及施加载荷
3.2.3 求解结果
3.3 本章小结
第4章 刀架支架的拓扑优化
4.1 拓扑优化概述
4.2 HyperWorks2017简介
4.3 刀架支架的拓扑优化
4.3.1 支架的网格划分
4.3.2 支架的模态分析
4.3.3 支架的拓扑优化
4.3.4 再一次拓扑优化
4.4 本章小结
第5章 刀架支架的优化设计及结果分析
5.1 建立新的几何模型
5.2 对新模型进行静力分析
5.3 对新支架作模态分析
5.4 对新支架作谐响应分析
5.5 对比分析
5.6 小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]数控机床的现状及发展趋势[J]. 赵晓丽,陈丙伟. 河北农机. 2017(12)
[2]基于灵敏度权重的双摆角铣头传动精度定量分配[J]. 吴凤和,李永欣,李树枝,李少辉. 中国机械工程. 2017(22)
[3]多因素影响下高速电主轴系统动态特性分析[J]. 谢黎明,王德洋,靳岚,杨婕. 机械制造与自动化. 2016(02)
[4]直驱式A/C轴双摆角铣头故障树分析和泄漏问题改进[J]. 郑鹏,王耀博. 机械工程师. 2015(01)
[5]大型地下装载机动臂轻量化多目标优化[J]. 赵磊,马飞. 矿山机械. 2015(01)
[6]基于有限元方法的3-PPSR大长径比柔性并联机器人刚度模型分析[J]. 栾玉亮,荣伟彬,孙立宁. 机器人. 2014(06)
[7]我国数控机床现状及发展趋势[J]. 王凯,王耀锐,李猛. 科技视界. 2014(22)
[8]基于轴向及径向刚度对直驱转台动静态特性影响的研究[J]. 靳岚,杜义康,苟卫东,谢黎明. 机械设计. 2014(06)
[9]带有传感器的支架的动特性分析及优化[J]. 王道连,孙海鹏,尹贻国,赵涛,程翔. 导弹与航天运载技术. 2014(03)
[10]基于耦合模型的高速电主轴动态分析与优化[J]. 刘俊峰,陈小安. 机械工程学报. 2014(11)
博士论文
[1]齿轮传动系统动力学特性的有限元分析及试验方法研究[D]. 杨晓宇.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2005
硕士论文
[1]机床部件减重优化设计方法[D]. 王一名.大连理工大学 2014
[2]基于有限元分析的双小车桥式起重机主梁优化设计与软件开发[D]. 邢丽静.浙江大学 2014
[3]铣车复合加工中心直驱摆头动力刀架静动态特性分析及其优化[D]. 王春彬.兰州理工大学 2013
本文编号：3498382
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