小型龍門加工中心結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著航空航天、軌道交通、大型發(fā)電設(shè)備及高精密儀器儀表等國內(nèi)高端制造業(yè)的迅猛發(fā)展，裝備制造領(lǐng)域?qū)庸ち慵谋砻尜|(zhì)量和幾何精度提出了更高的要求，這也促使機(jī)床朝著高效率、高速度、高精度方向發(fā)展。同時(shí)，在激烈的市場競爭中，機(jī)床生產(chǎn)廠商也必然要通過控制制造成本，來提高產(chǎn)品優(yōu)勢。然而傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)與類比設(shè)計(jì)等方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需求。因此，在機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計(jì)生產(chǎn)理念制造出高性能、低成本的機(jī)床設(shè)備顯得尤為重要。
　　

2、本文以XHGS256龍門加工中心為研究對象，目的是尋求一種針對加工中心的高剛度、輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。為此，本文結(jié)合龍門加工中心關(guān)鍵零部件及整機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化問題主要展開了如下研究工作：
　　應(yīng)用SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件建立了加工中心整機(jī)的三維數(shù)模，然后利用有限元分析方法獲得原立柱及橫梁的靜動態(tài)特性，通過與機(jī)床性能指標(biāo)進(jìn)行對比分析，進(jìn)而找出薄弱環(huán)節(jié)，并從中提取具體數(shù)據(jù)，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
　　針對立柱及橫梁關(guān)

3、鍵部件的性能缺陷，采用拓?fù)鋬?yōu)化及尺寸優(yōu)化相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。利用拓?fù)鋬?yōu)化方法獲得了立柱和橫梁的概念設(shè)計(jì)模型，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后運(yùn)用有限元方法對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析，結(jié)果表明：新立柱結(jié)構(gòu)質(zhì)量減少6.16%，最大變形降低38.63%，一階固有頻率提高8.40%；新橫梁結(jié)構(gòu)在質(zhì)量基本不變的情況下，最大變形減少17.69%，一階固有頻率提高29.04%；均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
　　最后，為實(shí)現(xiàn)加工中心整機(jī)的輕量化，本文

4、采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法篩選出了對整機(jī)性能影響顯著的設(shè)計(jì)變量，然后運(yùn)用自適應(yīng)響應(yīng)面法實(shí)現(xiàn)對加工中心整機(jī)靜態(tài)、動態(tài)的多目標(biāo)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終在滿足刀頭變形指標(biāo)的前提下，相比于初始整機(jī)結(jié)構(gòu)，1、2階固有頻率分別提高了5.13%和19.64%，整機(jī)質(zhì)量降低16.05%，輕量化效果顯著。
　　本文對XHGS256龍門加工中心關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與整機(jī)多目標(biāo)尺寸優(yōu)化的工作表明，在機(jī)床設(shè)計(jì)階段，采用現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠有效地提高機(jī)床靜、動態(tài)性能并實(shí)