龙门数控机床床身与工作台结构优化设计

作     者：王礼明 

作者单位：江苏理工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：叶霞;田亚峰

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：有限元分析 拓扑优化 正交试验 响应面法 尺寸优化 动态特性 

摘      要：随着现代工业技术的迅猛发展,龙门数控机床作为装备制造业的母机,需要满足高精度,高效率以及大吨位的要求。床身和工作台是龙门数控机床的两大重要支承部件,它们的性能好坏直接影响工件的加工精度和加工效率,因此,本课题对定梁式龙门数控机床的床身与工作台进行静力学分析与动态分析,找出结构设计的薄弱环节和不合理之处,最终对其结构进行优化设计,提高机床的整体静动态特性。主要研究内容如下:首先对原床身进行静动态特性分析,在分析的基础上,根据实际工况和筋板特性,利用Pro/E三维建模软件设计出两种床身筋板结构。以轻量化设计为优化目标,通过拓扑优化分析,合理配置结构,在拓扑优化基础上,提出利用ANSYS/Workbench有限元分析软件对工作台进行静动态特性研究。其次对原工作台进行静动态特性分析,在分析的基础上,根据结构和工况,通过正交试验选取需要优化的尺寸变量;利用ANSYS/Workbench有限元软件进行灵敏度分析,得到分析结果;再利用二次响应面法,对分析结果和尺寸变量进行二次回归拟合;确定目标函数,约束条件和设计变量,利用MATLAB优化工具箱进行工作台的优化设计,得到最佳尺寸配置,并对其结构进行有限元分析。最后对原床身和工作台装配模型进行静动态特性分析,在分析的基础上,对结构优化后的床身和工作台新模型进行装配,并在相同约束条件下进行有限元分析,优化后两大支承部件的整体质量减轻,并且获得更好的静动态特性。