發(fā)布時(shí)間：2021-01-23 03:36

　　龍門(mén)加工中心作為大型數(shù)控加工設(shè)備,其零部件的設(shè)計(jì)和性能直接影響機(jī)床的加工精度。在加工過(guò)程中的振動(dòng)和受力是造成加工精度下降的主要原因,劇烈振動(dòng)甚至?xí)䦟?dǎo)致零部件的損壞,降低機(jī)床的使用壽命。如何在保證零部件和機(jī)床整機(jī)性能的前提下,降低零部件的質(zhì)量是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文以GL-2013Z龍門(mén)加工中心為研究對(duì)象,通過(guò)整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)分析得到機(jī)床整機(jī)的性能參數(shù),并對(duì)橫梁、滑鞍和床身進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),主要內(nèi)容如下:（1）利用Solidworks建立該加工中心整機(jī)三維模型,計(jì)算在銑削狀態(tài)下的切削力,并對(duì)模型進(jìn)行靜態(tài)特性分析、模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,得到機(jī)床整機(jī)的靜變形量、前六階模態(tài)頻率和振型及頻率響應(yīng)曲線等參數(shù),為零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。（2）根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)理論,并基于ANSYS Workbench平臺(tái)對(duì)橫梁進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和筋板選型相結(jié)合的輕量化設(shè)計(jì)。然后通過(guò)分析和對(duì)比選擇“X”型筋板作為新橫梁的筋板,橫梁質(zhì)量減小了2.1%。通過(guò)優(yōu)化前后的對(duì)比單件及機(jī)床整機(jī)靜、動(dòng)態(tài)性能,驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效性。（3）基于靈敏度分析理論分析了滑鞍關(guān)鍵尺寸對(duì)質(zhì)量、一階固有頻率和靜剛度的靈敏度,并通過(guò)對(duì)分析將對(duì)性能影響較大的... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

加工中心整機(jī)的有限元模型

工程碩士學(xué)位論文13(a)總變形云圖(b)X方向變形云圖(c)Y方向變形云圖(d)Z方向變形云圖圖2.3加工中心三個(gè)方向的變形量根據(jù)式(2.2)的計(jì)算結(jié)果，加工中心在Y軸方向所受的銑削分力較小，因此，在Y軸方向上的變形最小，加工中心在Y軸方向的剛度最好。X軸和Z軸方向的變形量相對(duì)較大，原因是X軸方向承受的銑削分力較大，而Z軸受主軸箱及其組件的重力影響，因此，加工中心在X和Z軸方向的剛度相對(duì)較低。從加工中心的變形云圖中不難看出，變形主要來(lái)自主軸箱和滑鞍等零部件，而橫梁、床身、立柱和工作臺(tái)等結(jié)構(gòu)件的變形均較校因此，可將橫梁等結(jié)構(gòu)件作為輕量化設(shè)計(jì)的對(duì)象，主軸箱等零部件主要以提高其剛度為主要優(yōu)化目標(biāo)。2.6加工中心整機(jī)模態(tài)分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析主要包括對(duì)結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性和頻率響應(yīng)特性?xún)蓚�(gè)方面的研究。在工程應(yīng)用中常通過(guò)無(wú)阻尼下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析來(lái)研究機(jī)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，依此來(lái)確定結(jié)構(gòu)件的固有頻率和振型等性能參數(shù)。結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。在動(dòng)態(tài)特性分析中系統(tǒng)所受的載荷不是恒定的，而是隨時(shí)間變化的。根據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論可知，當(dāng)物體的固有頻率非常接近或者等于外加激勵(lì)的頻率時(shí)，可能會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的劇烈振動(dòng)。通過(guò)模態(tài)分析可以得到橫梁結(jié)構(gòu)的國(guó)有頻率和振型，從而更好的了解結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。

GL-2013Z龍門(mén)加工中心關(guān)鍵零部件的輕量化設(shè)計(jì)16(a)第一階模態(tài)振型圖(b)第二階模態(tài)振型圖(c)第三階模態(tài)振型圖(d)第四階模態(tài)振型圖(e)第五階模態(tài)振型圖(f)第六階模態(tài)振型圖圖2.4加工中心前六階模態(tài)振型跟據(jù)模態(tài)分析的結(jié)果，加工中心整機(jī)的一階固有頻率在31Hz左右，前三階振型都表現(xiàn)為以橫梁為主的整體振型，沒(méi)有出現(xiàn)局部振動(dòng)。有研究結(jié)果表明來(lái)自環(huán)境的外界干擾頻率都不超過(guò)25Hz[41]，因此該機(jī)床由于外界干擾而發(fā)生共振的概率很小，但是其一階固有頻率并不高，因此有必要對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高其整體性能。2.7加工中心的諧響應(yīng)分析通過(guò)諧響應(yīng)分析不僅可以得到系統(tǒng)在受到外界簡(jiǎn)諧載荷作用時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)情況，還可以提前預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的持續(xù)動(dòng)態(tài)性能。機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于主軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)對(duì)機(jī)床產(chǎn)生持續(xù)的激勵(lì)作用，因此有必要對(duì)機(jī)床做諧響應(yīng)分析。通過(guò)諧響應(yīng)分析可以找到系統(tǒng)響應(yīng)的峰值所對(duì)應(yīng)的低階頻率，從而驗(yàn)證結(jié)構(gòu)是否能夠有效避免共振的發(fā)生，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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