DL-20MST數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著現(xiàn)代制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機(jī)床正向著高速、高精和高效方向發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)特性直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度及工作穩(wěn)定性，因此零部件的設(shè)計(jì)成為數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。為此，本文圍繞國家科技重大專項(xiàng)“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線創(chuàng)新平臺(tái)”的數(shù)控機(jī)床的功能要求，以提高機(jī)床性能為目標(biāo)，研究數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，為高檔數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　本文以DL20-MST數(shù)控機(jī)床為研究對(duì)象，采用有限元

2、分析法對(duì)機(jī)床的零部件進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)特性分析，尋找機(jī)床零部件的薄弱環(huán)節(jié)。依據(jù)有限元分析結(jié)果對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行基于響應(yīng)面法的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)尺寸優(yōu)化，探討機(jī)床結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)。同時(shí)在此基礎(chǔ)之上對(duì)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件進(jìn)行基于密度法的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，尋找最優(yōu)的零部件結(jié)構(gòu)形式。
　　首先，依據(jù)DL-20MST數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出適用于數(shù)控機(jī)床的有限元分析前處理方法，包括機(jī)床關(guān)鍵零部件網(wǎng)格劃分，約束、載荷的施加以及接觸面的設(shè)置等。通過對(duì)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際工

3、作情況的分析，在零部件之間設(shè)置合理的約束和載荷條件，模擬現(xiàn)場工況，創(chuàng)建數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件以及整機(jī)的有限元分析模型。
　　其次，利用有限元分析的方法進(jìn)行數(shù)控機(jī)床動(dòng)靜態(tài)特性分析研究。根據(jù)靜力學(xué)理論，對(duì)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件進(jìn)行靜態(tài)特性分析，獲得靜載荷作用下零部件的位移和應(yīng)力云圖，研究零部件各處的變形和應(yīng)力情況。采用模態(tài)分析的方法對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析，研究零部件的低階固有頻率、振型和數(shù)控機(jī)床整機(jī)的振動(dòng)特性，為下文的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析提供參

4、考。
　　第三，研究響應(yīng)面法和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，提出基于ANSYS將兩方法結(jié)合的數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過基于靈敏度分析的方法找到對(duì)零部件結(jié)構(gòu)性能影響較大的設(shè)計(jì)尺寸，然后以減輕重量為目的進(jìn)行基于響應(yīng)面法的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，尋找零部件的最優(yōu)設(shè)計(jì)尺寸，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件的輕量化設(shè)計(jì)。此外，對(duì)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的性能改善情況進(jìn)行了分析。
　　第四，研究基于變密度法的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的方法，將連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法應(yīng)