基于多目標(biāo)優(yōu)化的大型加工中心結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》的發(fā)布，大型，高端，精密的加床加工中心已成為國防，航空航天，化工，冶金，采礦，風(fēng)力發(fā)電的高端裝備制造工具，在軍事，國防和國民經(jīng)濟建設(shè)中具有不可替代的作用，但是由于我們國內(nèi)的大型裝備制造產(chǎn)品研發(fā)時間短，制造技術(shù)還有很大的提升空間。因此我們需要對現(xiàn)有的裝備制造產(chǎn)品及技術(shù)進行繼續(xù)研究，提升其應(yīng)用品質(zhì)。本課題的研究對象是天津第二機床廠的大型加工中心(整機型號:MKM5115X120

2、F-00001)，對加工中心整機進行質(zhì)量減輕設(shè)計，以質(zhì)量及一階固有頻率為研究目標(biāo)，以關(guān)鍵部件剛度為約束條件，對關(guān)鍵部件尺寸進行優(yōu)化，最終，降低了整機質(zhì)量，提高了其剛度，降低了制造成本。
　　 本文首先分析了大型加工中心整機構(gòu)成及特點，對整機的關(guān)鍵部件進行了質(zhì)量分析，找出了較大影響整機性能及占有整機質(zhì)量比重較大的部件，然后通過關(guān)鍵部件的有限元分析，找出了關(guān)鍵部件的薄弱環(huán)節(jié)，并對關(guān)鍵部件的影響因素進行了試驗設(shè)計，通過回歸方程對試驗設(shè)

3、計結(jié)果的處理，找出了影響關(guān)鍵部件的敏感因素，最終通過敏感因素與優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型對關(guān)鍵部件進行了優(yōu)化。通過優(yōu)化關(guān)鍵部件后，對整機的部件的接觸進行處理，對優(yōu)化關(guān)鍵部件的整機進行有限元分析，最終提高了整機的性能。具體的研究內(nèi)容如下:
　　 1.結(jié)構(gòu)分析，首先使用三維軟件建立整機及關(guān)鍵部件的三維模型，對整機的構(gòu)成及關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)進行分析，其中整機有七大件組成，部件結(jié)構(gòu)是由相同的井字形筋板組成。
　　 2.質(zhì)量分析，對整機構(gòu)成部

4、件的質(zhì)量進行逐一分析，并計算出整機部件的質(zhì)量在整機占有的比例，最后分析出整機中占有整機質(zhì)量比重較大的部件作為進行輕量化設(shè)計的目標(biāo)。
　　 3.有限元分析，通過大型有限元分析軟件ABAQUS，首先對整機及關(guān)鍵部件床身，立柱，橫梁進行靜態(tài)分析及動態(tài)分析，分析整機原始狀態(tài)下的靜態(tài)及動態(tài)特性，得到整機及關(guān)鍵部件的應(yīng)力云圖及應(yīng)變云圖，同時給出了整機及關(guān)鍵部件的各階振動頻率及振型云圖分析找出部件的薄弱環(huán)節(jié)，對整機及關(guān)鍵部件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

5、
　　 4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過實驗設(shè)計對整機及關(guān)鍵部件的影響因素進行靈敏度分析，篩選出對整機質(zhì)量影響敏感，而對整機固有頻率影響不敏感的因素進行優(yōu)化，然后通過試驗設(shè)計與響應(yīng)面法建立整機及關(guān)鍵部件近似的多目標(biāo)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，最后通過MATLAB對多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型求解，為加工中心的設(shè)計改進提供了參考依據(jù)。
　　 本文通過對大型機床加工中心的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提出了其科學(xué)的設(shè)計優(yōu)化方法，在降低質(zhì)量，并保持固有頻率的同時，提高了剛度