DL-20MST數(shù)控機床關鍵零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機床正向著高速、高精和高效方向發(fā)展。而數(shù)控機床的關鍵零部件的結(jié)構(gòu)特性直接影響數(shù)控機床的加工精度及工作穩(wěn)定性，因此零部件的設計成為數(shù)控機床制造領域研究的重點。為此，本文圍繞國家科技重大專項“汽車發(fā)動機柔性自動化生產(chǎn)線創(chuàng)新平臺”的數(shù)控機床的功能要求，以提高機床性能為目標，研究數(shù)控機床關鍵零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計技術，為高檔數(shù)控機床的設計提供理論依據(jù)。
　　本文以DL20-MST數(shù)控機床為研究對象，采用有限元

2、分析法對機床的零部件進行動靜態(tài)特性分析，尋找機床零部件的薄弱環(huán)節(jié)。依據(jù)有限元分析結(jié)果對關鍵零部件進行基于響應面法的目標驅(qū)動尺寸優(yōu)化，探討機床結(jié)構(gòu)的輕量化設計技術。同時在此基礎之上對數(shù)控機床關鍵零部件進行基于密度法的拓撲優(yōu)化設計，尋找最優(yōu)的零部件結(jié)構(gòu)形式。
　　首先，依據(jù)DL-20MST數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點，提出適用于數(shù)控機床的有限元分析前處理方法，包括機床關鍵零部件網(wǎng)格劃分，約束、載荷的施加以及接觸面的設置等。通過對數(shù)控機床的實際工

3、作情況的分析，在零部件之間設置合理的約束和載荷條件，模擬現(xiàn)場工況，創(chuàng)建數(shù)控機床關鍵零部件以及整機的有限元分析模型。
　　其次，利用有限元分析的方法進行數(shù)控機床動靜態(tài)特性分析研究。根據(jù)靜力學理論，對數(shù)控機床關鍵零部件進行靜態(tài)特性分析，獲得靜載荷作用下零部件的位移和應力云圖，研究零部件各處的變形和應力情況。采用模態(tài)分析的方法對關鍵零部件進行動態(tài)特性分析，研究零部件的低階固有頻率、振型和數(shù)控機床整機的振動特性，為下文的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析提供參

4、考。
　　第三，研究響應面法和目標驅(qū)動優(yōu)化設計方法，提出基于ANSYS將兩方法結(jié)合的數(shù)控機床關鍵零部件尺寸優(yōu)化設計方法。通過基于靈敏度分析的方法找到對零部件結(jié)構(gòu)性能影響較大的設計尺寸，然后以減輕重量為目的進行基于響應面法的目標驅(qū)動優(yōu)化設計，尋找零部件的最優(yōu)設計尺寸，實現(xiàn)數(shù)控機床關鍵零部件的輕量化設計。此外，對優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的性能改善情況進行了分析。
　　第四，研究基于變密度法的連續(xù)體拓撲優(yōu)化設計的方法，將連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法應