高速臥式加工中心立柱的輕量化設(shè)計(jì).pdf

1、裝備制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，而機(jī)床是制造業(yè)必不可少的生產(chǎn)工具和工作母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石。隨著綠色制造的不斷興起，機(jī)床的設(shè)計(jì)正逐漸向輕量化方向發(fā)展，即在保證機(jī)床產(chǎn)品動靜態(tài)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減材。機(jī)床立柱是加工中心的主要承載結(jié)構(gòu)，其自身重量較大。對立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)可顯著降低機(jī)床整機(jī)質(zhì)量，對提高機(jī)床性能、降低制造成本、節(jié)能環(huán)保等都具有重要意義。
　　 本文結(jié)合國家科技重大專項(xiàng)，對HMC80高速臥式加工

2、中心的立柱部件進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，取得的研究成果如下：
　　 (1)論述了國內(nèi)外高速加工中心及其輕量化的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了機(jī)床結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展趨勢，比較了國內(nèi)外研究的差距和異同點(diǎn)，提出了高速臥式加工中心在具體工況下的輕量化設(shè)計(jì)總體方案。
　　 (2)對機(jī)床立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動靜態(tài)分析，并通過模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證了立柱模型的正確性。在立柱動靜態(tài)特性分析的基礎(chǔ)上，得到了立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化需滿足的動靜態(tài)性能指標(biāo)。
　　 (3)運(yùn)用靈敏度分析

3、法對立柱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過對可優(yōu)化尺寸和目標(biāo)函數(shù)的靈敏度分析計(jì)算，確定了立柱結(jié)構(gòu)的最優(yōu)尺寸。優(yōu)化結(jié)果表明，優(yōu)化后立柱的重量較原結(jié)構(gòu)減輕了8.7％。
　　 (4)基于拓?fù)鋬?yōu)化的立柱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。首先以立柱設(shè)計(jì)區(qū)域的體積為約束，以結(jié)構(gòu)前5階固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)，建立了立柱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型，通過迭代計(jì)算得到用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的密度云圖，并對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了可制造化處理和有限元分析。結(jié)果表明，在結(jié)構(gòu)剛度、模態(tài)頻率略有提高的基礎(chǔ)