DL-20MST數控機床關鍵零部件結構優(yōu)化設計.pdf

1、隨著現代制造行業(yè)的迅猛發(fā)展，數控機床正向著高速、高精和高效方向發(fā)展。而數控機床的關鍵零部件的結構特性直接影響數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線創(chuàng)新平臺”的數控機床的功能要求，以提高機床性能為目標，研究數控機床關鍵零部件的結構優(yōu)化設計技術，為高檔數控機床的設計提供理論依據。
　　本文以DL20-MST數控機床為研究對象，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)。依據有限元分析結果對關鍵零部件進行基于響應面法的目標驅動尺寸優(yōu)化，探討機床結構的輕量化設計技術。同時在此基礎之上對數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)的零部件結構形式。
　　首先，依據DL-20MST數控機床的結構特點，提出適用于數控機床的有限元分析前處理方法，包括機床關鍵零部件網格劃分，約束、載荷的施加以及接觸面的設置等。通過對數控機床的實際工

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，模擬現場工況，創(chuàng)建數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控機床動靜態(tài)特性分析研究。根據靜力學理論，對數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、振型和數控機床整機的振動特性，為下文的結構優(yōu)化分析提供參

4、考。
　　第三，研究響應面法和目標驅動優(yōu)化設計方法，提出基于ANSYS將兩方法結合的數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構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動優(yōu)化設計，尋找零部件的最優(yōu)設計尺寸，實現數控機床關鍵零部件的輕量化設計。此外，對優(yōu)化后結構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)體結構拓撲優(yōu)化方法應