TX1600镗铣加工中心关键部件的有限元分析和优化设计

论文摘要

随着数控机床的飞速发展，功能复合化成为了当今机床的一大发展方向，其中镗铣加工中心是国内外的研究热点之一。在机床的研发过程中，虚拟样机技术以其先进的研发模式、低成本短周期的研发效率以及可实现并行设计与制造的强大优势而得到了行业的广泛应用。本文以TX1600镗铣加工中心为研究对象，利用虚拟样机技术从结构静动态特性以及运动学特性等方面对其进行了仿真研究，所得的结果对工程实际具有一定的实践指导意义。本文主要内容如下：在大量查阅国内外资料的基础上，综述和分析了加工中的的概念、产生和发展趋势；研究了国外加工中心的技术发展与应用，以及我国加工中心的发展现状和趋势：影响机床发展的关键技术问题，以及发展我国急需解决的一些问题。在SolidWorks环境下利用特征建模技术和自顶向下的设计理论建立了TX1600镗铣加工中心的虚拟样机，为机构优化与仿真分析奠定了基础。在对TX1600镗铣加工中心的左立柱和镗削部分结构进行实体建模的基础上，对其进行了有限元分析。采用有限元法在ANSYS环境下对加工中心左立柱和镗削部分整体进行了结构静力分析，到了结构的位移云图和应力云图，研究了其结构在切削力和重力作用下的应力应变。基于模态理论在ANSYS环境下，对加工中心左立柱和镗削部分整体进行了模态分析，得到其前六阶固有振动特性。通过谐响应分析获得了镗削部分的位移频率曲线，以此来研究其静动态特性，找出结构的薄弱环节。基于优化设计理论，在保证其精度要求和动态特性条件下，本着提高经济效益、节约成本的目的，对其进行针对性的结构优化，减轻了结构的质量提高了固有频率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及背景
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题背景
• 1.2 课题相关技术的概述和研究现状
• 1.2.1 数控加工中心的概述和研究现状
• 1.2.2 虚拟样机技术的概述和研究现状
• 1.3 课题的研究的目的意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 TX1600 镗铣加工中心虚拟样机的建立
• 2.1 TX1600 镗铣加工中心简介
• 2.2 TX1600 镗铣加工中心虚拟样机的建立
• 2.2.1 建模软件的介绍
• 2.2.2 自顶向下的 CAD 技术
• 2.2.3 镗铣加工中心零件特征建模
• 2.3 镗铣加工中心虚拟装配
• 2.4 本章小结
• 第3章 加工中心关键部件的有限元静力分析
• 3.1 有限元法基本概述
• 3.1.1 有限元结构分析的概述
• 3.1.2 有限元法的基本思想
• 3.2 加工中心左立柱的有限元静力分析
• 3.2.1 左立柱静力分析的步骤
• 3.2.2 左立柱的静力分析结果
• 3.3 镗削部分整体的有限元静力分析
• 3.3.1 切削力的计算
• 3.3.2 镗削部分的应力分析
• 3.3.3 镗削部分的应变分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 加工中心关键部件的动态特性分析
• 4.1 模态分析
• 4.1.1 模态分析的基本理论
• 4.1.2 模态分析的基本步骤
• 4.2 TX1600 镗铣加工中心关键部件的模态分析
• 4.2.1 左立柱的有限元模态分析
• 4.2.2 镗铣部分部分整体的模态分析
• 4.3 镗削部分的谐响应分析
• 4.3.1 谐响应分析的理论基础
• 4.3.2 谐响应分析步骤
• 4.3.3 镗削部分谐响应分析结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 加工中心关键部件的结构优化设计
• 5.1 优化设计基本理论
• 5.2 左立柱结构优化设计
• 5.2.1 立柱结构优化设计方案
• 5.2.2 立柱结构优化结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢