隨著我國深孔加工技術(shù)的迅猛發(fā)展,深孔機床在制造業(yè)中擁有不可替代的位置,其床身的動靜態(tài)性能和自身質(zhì)量對整機性能均有影響。但是傳統(tǒng)的深孔機床床身多采用經(jīng)驗設(shè)計或者仿照國外產(chǎn)品,故而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)冗余、質(zhì)量過大等問題,從而也就直接影響了孔的加工質(zhì)量。因此,突破傳統(tǒng)設(shè)計,探究合理有效的優(yōu)化方法,對深孔加工技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。結(jié)構(gòu)仿生是一種利用仿生學(xué)原理,通過提取自然界生物體結(jié)構(gòu)中有益的構(gòu)型規(guī)律或特點,并將其應(yīng)用于機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的有效方法。本文以結(jié)構(gòu)仿生優(yōu)化作為關(guān)鍵技術(shù),以Z8016小直徑深孔鉆床床身作為研究對象,設(shè)計了一種基于龜殼結(jié)構(gòu)的床身筋板布局,并對其進行了拓撲優(yōu)化和尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,最終確定了可用于實際生產(chǎn)的綜合優(yōu)化型床身。研究內(nèi)容包括:（1）基于UG軟件的床身原始結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模和有限元分析。介紹了Z8016小直徑深孔鉆床的基本參數(shù)以及床身構(gòu)型特點,利用UG建立床身三維模型,導(dǎo)入ANSYS對它進行模態(tài)分析與靜力學(xué)分析,求得床身的位移云圖以及應(yīng)力云圖,提取了床身的前5階固有頻率及振型圖,并對結(jié)果進行分析。研究表明,發(fā)現(xiàn)床身應(yīng)力和位移分布不均、結(jié)構(gòu)強度和剛度存在較大的冗余。（2）基于結(jié)構(gòu)... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于頸椎結(jié)構(gòu)的仿生機床主軸滑枕

原型回轉(zhuǎn)工作臺 王蓮葉脈 綜合優(yōu)化型回轉(zhuǎn)工作臺圖 1.2 仿生型回轉(zhuǎn)工作臺劉良寶、陳五一[24]等以王蓮葉脈分支結(jié)構(gòu)形態(tài)為仿生原型，以飛機蓋板為優(yōu)化對象，結(jié)合 ANSYS 軟件對其內(nèi)側(cè)筋板進行仿生優(yōu)化設(shè)計，為了達到更好的效果，還對筋板關(guān)鍵尺寸進行參數(shù)優(yōu)化。經(jīng)分析表明，雖然仿生型蓋板較原型結(jié)構(gòu)優(yōu)化不是特別明顯，但對其尺寸優(yōu)化后的仿生型蓋板在結(jié)構(gòu)效能、比強度方面有較大改善，質(zhì)量明顯減小。所以，要想有效提高優(yōu)化對象的力學(xué)性能，對仿生模型關(guān)鍵尺寸設(shè)計必須合理。吳華鋒[25]等以王棕樹干及其葉柄為仿生原型，通過有限元仿真，對它們進行定性研究，發(fā)現(xiàn)了有用的多孔結(jié)構(gòu)以及三分叉結(jié)構(gòu)，將風(fēng)力機作為優(yōu)化對象，提取上述構(gòu)型規(guī)律，分別對風(fēng)力機關(guān)鍵件（塔架以及葉片）進行仿生優(yōu)化設(shè)計。較原型相比，仿生型加強筋的分布體現(xiàn)出更好的承載能力與橫向抗曲能力；優(yōu)化后的葉根結(jié)構(gòu)雖然增大了，但其柔韌性也隨之增大了，這樣更能保護葉根結(jié)構(gòu)。此次優(yōu)化雖有一定效果，但也存在一些不足，即對王棕樹干及其葉柄的分析過于片面，還需從力學(xué)角度出發(fā)，多方面分析。

1.2.3 結(jié)構(gòu)仿生在機床領(lǐng)域的應(yīng)用研究隨著國內(nèi)外研究者不斷地探索以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的發(fā)展，眾多具有創(chuàng)造性的優(yōu)化設(shè)計方法也在不斷地被挖掘出來。其中，將結(jié)構(gòu)仿生優(yōu)化運用于機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法為優(yōu)化設(shè)計開辟了新天地。近年來，機床結(jié)構(gòu)仿生優(yōu)化設(shè)計的研究取得了令人矚目的成果[28]現(xiàn)階段，國內(nèi)學(xué)者頗為重視運用結(jié)構(gòu)仿生理論對機床結(jié)構(gòu)件進行優(yōu)化的設(shè)計方法，北航的陳五一教授已針對多種機床結(jié)構(gòu)件，運用結(jié)構(gòu)仿生的手段，對它們進行優(yōu)化設(shè)計并取得了一定的成果[29-31]。如通過對葉片拋磨機立柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式基于生物體骨架載荷路徑的仿生設(shè)計，提高了其比剛度；研究王蓮葉脈構(gòu)型特點，對 Lin MC6000 型龍門加工中心橫梁的筋板結(jié)構(gòu)形式重新設(shè)計，其整體結(jié)構(gòu)效能明顯提升。廣西工學(xué)院的項忠珂提取莖稈結(jié)構(gòu)特性，針對加工中心的工作臺結(jié)構(gòu)重構(gòu)出仿生型工作臺，并利用 ANSY對其進行有限元分析，然后與原型工作臺的性能參數(shù)進行分析對比，結(jié)果表明仿生型工作臺性能更加優(yōu)越[32]，如圖 1.3 所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]重型立式車床滑枕部件的結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計[D]. 楊建民.燕山大學(xué) 2014
[2]T2120深孔鉆鏜床基礎(chǔ)件的參數(shù)化設(shè)計與拓撲優(yōu)化研究[D]. 潘紅軍.中北大學(xué) 2014
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[4]棕櫚科植物結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究與風(fēng)力機仿生[D]. 吳華鋒.華南理工大學(xué) 2013
[5]高速臥式加工中心立柱的輕量化設(shè)計[D]. 趙東平.蘭州理工大學(xué) 2012
[6]立式車床回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)仿生優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 王向彬.吉林大學(xué) 2012
[7]仿蝴蝶翅膀微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[D]. 任飛多.華中科技大學(xué) 2012
[8]烏龜殼力學(xué)性能分析[D]. 張晨朝.大連理工大學(xué) 2011
[9]可重構(gòu)深孔加工機床及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 仝偉國.中北大學(xué) 2011
[10]基于有限元的CW6185車床副主軸箱結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[D]. 高長松.蘭州理工大學(xué) 2011



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