基于可重构理论的异型石材加工中心结构分析与优化

作     者：孙晶 

作者单位：沈阳建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张珂

授予年度：2014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：异型石材 加工中心 可重构理论 静态特性 动态特性 结构优化 

摘      要：异型石材制品具有个性化、多样性和艺术性的特点,多以单件、小批量生产为主,这就要求其加工装备具有柔性化的生产能力,传统的手工加工和简单的石材装备已经不能满足石材异型制品高速化的生产需求。以沈阳建筑大学研制的异型石材车铣加工中心(HTM50200)为代表的高端石材加工装备,满足了异型石材制品的机械化生产要求,但由于设备成本高,还不能满足中小企业高效化、经济性的生产需求。论文针对异型石材特殊的工艺过程,运用可重构设计理论,进行了一种新型异型石材加工中心的结构设计与分析,取得的主要成果包括：(1)通过对异型石材制品种类、工艺过程及工艺路径的规划与分析,研究通过对制品表面创成过程与刀具轴运动的数值解析,求解获得异型石材数控加工装备运动轴配置的可行域,并以此为基础提出一种异型石材可重构加工中心结构方案;(2)设计并构建一台异型石材可重构加工中心,配有立式、卧式双工作台,其加工中心横梁具有两种工作状态,能够分别实现立式四轴加工与卧式五轴加工。(3)采用虚拟样机与有限元集成方法对加工中心进行协同建模,分析了横梁和床身在实际加工过程中的受力情况、约束状况。对加工中心的主要结构部件立柱、横梁、车床系统、回转工作台、伺服进给系统进行了选型,阐述了该加工中心主要结构部件的技术参数以及材料选择。分别在横梁两种工作状态下,进行了整机、横梁、立柱的静力学、动力学特性分析,获得整机的固有频率和响应,为该机床的结构设计提供参考依据。(4)运用MATLAB编程语言对横梁筋板结构进行了结构拓扑优化计算分析,并且采用Ansys中的topological opt模块对横梁清砂孔进行优化分析,得到了新型的横梁结构。分析结果显示,新方案较原方案相比,不仅减轻了重量,还有效提高了横梁的静动态性能,取得了很好的优化效果,为实际生产奠定了理论基础。