立式加工中心动态性能分析与优化

论文摘要

机械制造业是国家工业化的重要基础，为国民经济各部门提供所需装备，是国防安全的有力支撑和保障。机床工业作为机械制造业的基础，其先进程度直接决定着机械制造业的先进程度，要想机械系统工作性能及产品质量的关键就在于增进机床的动态性能。本论文以南通科技集团股份有限公司生产的VCL1100型立式加工中心为研究对象，研究分析如何优化机床结构从而改善其动态性能，提高产品质量。运用有限元理论和ANSYS软件，结合立式加工中心自身结构特点，研究了其有限元建模技术和方法，并结合实验结果，对立式加工中心的结构进行了优化设计。论文首先结合了对立式加工中心整机模态实验和振动实验的结果，初步判断了整机的薄弱环节，并取得了立式加工中心动态特性的实验数据。其次，结合Solidworks平台制作的三维实体模型，在ANSYS软件平台上建立了机床整机有限元模型，并利用弹簧阻尼单元模拟了结合面的特性。运用模态分析理论和ANSYS模态分析软件，对整机动态特性进行了仿真，结合实验数据，对仿真结果进行了验证。最后，论文基于有限元模型，针对VCL1100型立式加工中心的薄弱环节，主要对立柱和铣头箱进行了结构优化设计，并同过谐响应仿真对优化前后整机的动态性能做出了比较，验证了结构优化的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机床理论建模相关技术的研究
• 1.2.2 机床动态特性实验的研究
• 1.2.3 机床结合面建模及参数识别的研究
• 1.3 有限元理论及分析方法
• 1.3.1 有限元理论基本思路及方法
• 1.3.2 有限元分析的特点
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 立式加工中心的动态性能实验及结果分析
• 2.1 模态实验
• 2.1.1 实验准备及实验方法
• 2.1.2 实验结果
• 2.2 振动实验
• 2.2.1 实验准备及实验方法
• 2.2.2 实验结果
• 2.3 综合分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 立式加工中心的仿真分析
• 3.1 实体建模
• 3.1.1 实体建模的方法
• 3.1.2 基于 Solidworks 平台的实体建模
• 3.2 有限元建模
• 3.2.1 有限元建模的过程及简化
• 3.2.2 单元的选择及网格划分
• 3.3 固定结合面动特性分析
• 3.4 模态仿真分析
• 3.4.1 模态提取方法（求解无阻尼自由振动方程的方法）
• 3.4.2 整机仿真结果与分析
• 3.5 谐响应分析
• 3.5.1 仿真参数
• 3.5.2 位移响应
• 3.5.3 加速度响应
• 3.6 本章小结
• 第四章 立式加工中心结构优化与分析
• 4.1 结构优化方案
• 4.1.1 结构优化目标
• 4.1.2 立柱结构优化
• 4.1.3 铣头箱结构优化
• 4.2 结构优化后的动态性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果