多功能复合机床特性分析及优化研究

发布时间：2023-10-29 12:32

　　多功能复合机床作为装备制造业的工作母机,因其具备一次装夹完成车、铣、滚等多道工序加工的特有优势被广泛应用于加工制造相关领域,在现代制造业中起着不可或缺的重要作用。随着多工况复合加工技术高速度、高精度、高稳定性的发展趋势,对机床结整机性能要求越来越高。为此,提高机床静动态特性以改善机床刚度及抗振性对现代机床虚拟样机设计具有重要意义。本文主要针对机床结构优化设计的相关问题展开研究,以自行研制的多功能复合机床的关键零部件立柱为研究对象,针对机床整机静动态性能较差的问题,利用理论模型创建、有限元分析、结构优化设计等手段,提出了一种将灵敏度分析、拉丁超立方实验设计、EI加点准则Kriging模型、NSGA-Ⅱ遗传算法以及权重系数筛选相结合的结构优化方法,对机床结构进行多目标优化研究。全文主要内容包括:(1)首先在Solidworks中建立机床实体模型基础上,结合静力学及有限元分析理论在Workbench中创建机床整机有限元模型,确定机床极限加工位置后,依次分析计算不同加工方式的载荷作用,重点通过对机床在车削、铣削、滚削工况下进行静特性分析,得到机床的变形与应力云图,对比分析不同工况下的位移、应力...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 计算机仿真分析技术
    1.3 国内外研究发展现状
        1.3.1 机床静动态特性研究现状
        1.3.2 机床结构优化研究现状
    1.4 课题研究方法及内容
第2章 复合机床建模及多工况下静特性分析
    2.1 多功能复合加工机床简介
    2.2 结构静特性分析基础
        2.2.1 静力学分析
        2.2.2 有限元法
    2.3 机床整机有限元模型
        2.3.1 整机模型简化处理
        2.3.2 材料属性的确定
        2.3.3 整机模型网格划分
    2.4 机床极限位置确定
    2.5 三种典型工况下机床静特性分析
        2.5.1 车削工况机床静特性分析
        2.5.2 铣削工况机床静特性分析
        2.5.3 滚削工况机床静特性分析
    2.6 静态薄弱环节辨识
    2.7 本章小结
第3章 复合机床结合部建模及动特性分析
    3.1 动特性分析理论基础
        3.1.1 模态分析
        3.1.2 谐响应分析
    3.2 机床结合部建模及参数识别
        3.2.1 结合部特性说明
        3.2.2 结合部建模方法
        3.2.3 机床结合部虚拟介质参数识别
        3.2.4 结合部参数确定及有限元建模
    3.3 机床整机动态特性
        3.3.1 机床整机模态分析
        3.3.2 机床整机谐响应分析
    3.4 本章小结
第4章 基于动态加点Kriging模型的机床多目标优化
    4.1 立柱结构多目标优化理论与方案
        4.1.1 结构优化设计说明
        4.1.2 多目标优化理论
        4.1.3 机床立柱多目标优化设计方案
    4.2 动态加点Kriging响应面模型
        4.2.1 基于灵敏度分析的优化变量确定
        4.2.2 基于拉丁超立方法的设计点选取
        4.2.3 动态加点Kriging模型
    4.3 基于多目标遗传算法的优化设计
        4.3.1 立柱多目标优化数学模型
        4.3.2 NSGA-Ⅱ遗传算法
        4.3.3 多目标优化过程及结果
    4.4 机床优化后动特性分析与结果验证
        4.4.1 结构优化后整机模态分析
        4.4.2 结构优化后整机谐响应分析
    4.5 本章小结
总结与展望
    全文总结
    研究展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录



本文编号：3858085