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(jì).pdf

1、隨著《國家中長(zhǎng)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(jì)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(shí)間短，制造技術(shù)還有很大的提升空間。因此我們需要對(duì)現(xiàn)有的裝備制造產(chǎn)品及技術(shù)進(jìn)行繼續(xù)研究，提升其應(yīng)用品質(zhì)。本課題的研究對(duì)象是天津第二機(jī)床廠的大型加工中心(整機(jī)型號(hào):MKM5115X120

2、F-00001)，對(duì)加工中心整機(jī)進(jìn)行質(zhì)量減輕設(shè)計(jì)，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(duì)關(guān)鍵部件尺寸進(jìn)行優(yōu)化，最終，降低了整機(jī)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(jī)構(gòu)成及特點(diǎn)，對(duì)整機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行了質(zhì)量分析，找出了較大影響整機(jī)性能及占有整機(jī)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(duì)關(guān)鍵部件的影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過回歸方程對(duì)試驗(yàn)設(shè)

3、計(jì)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(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行了優(yōu)化。通過優(yōu)化關(guān)鍵部件后，對(duì)整機(jī)的部件的接觸進(jìn)行處理，對(duì)優(yōu)化關(guān)鍵部件的整機(jī)進(jìn)行有限元分析，最終提高了整機(jī)的性能。具體的研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.結(jié)構(gòu)分析，首先使用三維軟件建立整機(jī)及關(guān)鍵部件的三維模型，對(duì)整機(jī)的構(gòu)成及關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，其中整機(jī)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(duì)整機(jī)構(gòu)成部

4、件的質(zhì)量進(jìn)行逐一分析，并計(jì)算出整機(jī)部件的質(zhì)量在整機(jī)占有的比例，最后分析出整機(jī)中占有整機(jī)質(zhì)量比重較大的部件作為進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)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(duì)整機(jī)及關(guān)鍵部件床身，立柱，橫梁進(jìn)行靜態(tài)分析及動(dòng)態(tài)分析，分析整機(jī)原始狀態(tài)下的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性，得到整機(jī)及關(guān)鍵部件的應(yīng)力云圖及應(yīng)變?cè)茍D，同時(shí)給出了整機(jī)及關(guān)鍵部件的各階振動(dòng)頻率及振型云圖分析找出部件的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)整機(jī)及關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5、
　　 4.結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)及關(guān)鍵部件的影響因素進(jìn)行靈敏度分析，篩選出對(duì)整機(jī)質(zhì)量影響敏感，而對(duì)整機(jī)固有頻率影響不敏感的因素進(jìn)行優(yōu)化，然后通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)與響應(yīng)面法建立整機(jī)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(duì)多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型求解，為加工中心的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了參考依據(jù)。
　　 本文通過對(duì)大型機(jī)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(jì)優(yōu)化方法，在降低質(zhì)量，并保持固有頻率的同時(shí)，提高了剛度