大型龍門加工中心結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及快速仿真平臺開發(fā).pdf

1、大型龍門加工中心作為一種大型高檔數(shù)控機(jī)床一直是國家重點支持與發(fā)展的裝備。隨著航空、航天、船舶、風(fēng)電、冶金等大型裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，不僅要求龍門加工中心能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸的加工，更要求其具有良好的動靜態(tài)特性。根據(jù)江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項目“超大型多動門動梁五面體龍門加工中心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”，本文以QLM23-65600超大型4動門龍門鏜銑床中的一個具有五面體加工性能的動門QLM2365/5X為研究對象，利用有限元分析軟件對其進(jìn)行靜動態(tài)特性

2、分析及優(yōu)化設(shè)計，并利用VC++6.0平臺完成龍門加工中心快速仿真平臺開發(fā)，以實現(xiàn)參數(shù)化主軸等零部件的快速分析。
　　 論文主要工作包括以下幾個方面：
　　 1．設(shè)計了QLM2365/5X動龍門整機(jī)及其主要零部件，建立了有限元分析模型，完成了整機(jī)的靜力學(xué)分析和模態(tài)分析。同時對整機(jī)進(jìn)行了靜剛度試驗和模態(tài)試驗，驗證了有限元分析模型的正確性。
　　 2．設(shè)計了四種不同筋板布局的大型橫梁結(jié)構(gòu)，通過有限元分析，得到了四種方案

3、的靜動態(tài)特性參數(shù)。以高剛度、高抗振性和輕量化為評價指標(biāo)，采用靜動態(tài)綜合性能優(yōu)選方法，優(yōu)選出X型筋板布局的橫梁結(jié)構(gòu)，并對其結(jié)構(gòu)的主要尺寸進(jìn)行了靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計，得出了橫梁結(jié)構(gòu)最優(yōu)X型筋板尺寸，從而使橫梁的質(zhì)量得到控制，靜力學(xué)性能有所改進(jìn)，抗振性得到明顯提高。
　　 3．對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的立柱進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)其筋板布局不能充分發(fā)揮材料最優(yōu)性能。為此，通過研究生物的根系結(jié)構(gòu)和筋板結(jié)構(gòu)的相似性，提出了筋板的仿生學(xué)設(shè)計方法。以銀杏根系

4、結(jié)構(gòu)為參考，對立柱進(jìn)行了仿生設(shè)計，得到筋板仿生型結(jié)構(gòu)。對原型和仿生型立柱結(jié)構(gòu)的有限元分析對比結(jié)果表明，立柱的動靜態(tài)性能明顯提高。
　　 4. 對主軸系統(tǒng)進(jìn)行了靜力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析以及熱—力結(jié)構(gòu)耦合分析，發(fā)現(xiàn)主軸系統(tǒng)的抗振性需要提高。為此，通過靈敏度分析確定優(yōu)化設(shè)計變量，對主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多目標(biāo)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計，利用綜合評價法獲得最優(yōu)設(shè)計方案。使主軸在質(zhì)量和靜特性基本不變的情況下，抗振性得到提高。
　　 5. 為了快