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龙门铣床结构分析及优化设计研究

作　者: 王泉霖
导　师: 孙宝玉
学　校: 长春工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 有限元分析龙门加工中心静态分析模态分析结构优化
分类号: TG542
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

五轴数控龙门加工中心被广泛应用于完成复杂曲面的加工任务。是一种具有高性能自动化伺服驱动、高精密加工的设备,该加工中心有着高效的、精密的、批量化生产的、生产成本低、自动化加工等优点。通过对五轴数控龙门加工中心的研究,能够提高我国该类加工中心以及机械制造业在国际上的综合竞争力的有着意义。自从改革开放三十多年以来我国的制造业水平的提高有着特别显著的表现,制造业技术水平与生产总量方面同时也都相当高程度的提高。无论是在产品研发、技术装备,还是加工能力等各方面均取得了较大的进步,但是相比于该类机床生产制造大国如欧洲的德国、亚洲的日本、美洲的美国等国家,我们国家制造业的水平还是存在着一定程度上的差距。本论文研究课题源于吉林省科技厅机床类研发项目“大型数控机床加工中心设计与制造研究”,并与长春数控机床有限公司合作,在原有的GMCU2060型五轴龙门数控铣床加工中心上对该机床结构进行分析,并对加工中心结构设计进行优化、改进原结构设计,降低生产成本,提高加工精度。本论文以GMCU2060型五轴龙门数控铣床加工中心为研究依据,主要完成了如下工作：①根据该机床结构模型的二维图纸,利用三维实体模型建立软件完成三维模型的构建；②将模型导入有限元分析软件中,简化模型,划分有限元网格并设定载荷、边界调价、材料及单元属性等前期处理模拟加工中心的实际工况；③对整机和横梁部件进行静态、模态相关分析,获取该机构的最大位移量和前六阶固有频率及其相应振型。提取相关数据与长春数控机床有限公司提供的相关数据进行对比；④通过分析计算的数据和对比情况,找到该机构设计中的薄弱环节,增加内部筋板厚度、提高横梁一阶固有频率,再通过拓扑优化扣除外壳中多余的设计量达到减轻结构重量的设计目标,通过对优化后的横梁进行静动态分析得到了横梁在稳态载荷下最大变形为0.0957mm一阶固有频率为119.72Hz的设计优化结果,满足了设计指标。本论文采用的有限元分析法是一种先进的技术与生产实际情况结合的典型,并以GMCU2060型五轴龙门数控铣床加工中心为例,探讨机床结构设计的基础原则、措施及方法。对我国在自主研发机床结构方面有重要的实际意义和参考价值。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章绪论  7-13
  1.1 机床简介  7-9
  1.2 论文研究背景  9
  1.3 龙门数控加工中心  9-10
  1.4 国内外关于数控龙门加工中心研究现状  10-12
  1.5 本文研究的主要内容  12-13
第二章加工中心整体、横梁及主轴箱构件的CAD模型的建立  13-24
  2.1 整机、横梁及主轴箱CAD模型的建立  13-17
  2.2 有限元基础理论  17-19
  2.3 加工中心整机及各部件结构的有限元模型建立  19-21
  2.4 Altair Hyper Works简介  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章加工中心整体和横梁构件的有限元静态特性分  24-40
  3.1 对结构进行有限元分析一般步骤  24-27
  3.2 对建立好的结构有限元模型进行静力特性分析  27-28
  3.3 加工中心横梁部件的有限元结构模型的静力特性分析  28-35
  3.4 加工中心有限元模型的静力学分析  35-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章加工中心横梁及整体结构的模态分析  40-56
  4.1 有限元结构模型的模态分析  40-42
  4.2 加工中心横梁部件结构的有限元模态分析  42-45
  4.3 加工中心整机的模态特性分析  45-55
  4.4 对所计算模型产生误差的阐述  55
  4.5 本章小结  55-56
第五章横梁结构优化  56-64
  5.1 结构优化设计  56-59
  5.2 加工中心横梁结构的优化  59-61
  5.3 优化结果处理与再分析  61-63
  5.4 本章小结  63-64
总结与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
作者简介  69
攻读硕士学位期间研究成果  69-70

龙门铣床结构分析及优化设计研究

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