论文部分内容阅读
数控龙门铣床是机械加工的工作母机,是军工业、交通运输业和电力工业等领域重要的加工设备。随着对产品精度要求的提高,数控龙门铣床需要更好的综合性能来满足零件的加工精度。利用传统经验设计的数控龙门铣床的结构质量笨重,没有充分发挥结构的优点,因此,需要采用现代设计方法对数控龙门铣床结构进行优化设计。本文以国内某公司生产的数控龙门铣床为研究对象,研究了数控龙门铣床结构的静动态特性,对结构进行了改进与优化。本文研究的主要内容如下:1.建立了数控龙门铣床结构的三维模型与有限元模型。根据原有数控龙门铣床设计图纸,采用Solidworks软件建立了数控龙门铣床的三维模型。分析了数控龙门铣床极限加工工况,利用有限元简化的原则建立了数控龙门铣床结构的有限元仿真模型。2.研究了数控龙门铣床关键零部件及整机的力学特性。对数控龙门铣床横梁、立柱与整机进行静动态特性分析,得到了在极限工况下的变形与应力分布情况,获取了前6阶振型及固有频率,找到了薄弱环节,为后续结构改进和优化设计提供依据。3.改进了数控龙门铣床整机结构的力学特性。根据数控龙门铣床整机的静动态性能分析,找到整机的薄弱环节,对整机进行了结构改进。4.优化了数控龙门铣床关键零部件的力学特性。根据数控龙门铣床横梁与立柱部件的静动态分析结果,结合正交试验、响应面模型和遗传算法对6个尺寸参数进行多目标优化设计。优化后横梁最大变形量基本不变,一阶固有频率增加了5.52%,质量减少了11.68%。优化后立柱一阶固有频率基本不变,最大变形量减少了4.39%,质量减少了10.45%。5.验证了零部件优化后对整机静动态性能改善的效果。将横梁和立柱结构优化后的模型重新装配成整机,分析了优化后整机的静动态特性,并与原整机模型性能进行对比分析,优化后整机将避免了共振的发生,且x、y和z向刚度分别提高了12.47%、10.16%、26.37%,前4阶固有频率分别增加了28.72%,7.03%,18.02%,2.60%,整机质量减少了1480kg,比原整机质量减少比重为5.24%,提高了整机的静动态性能且同时减小了质量,达到优化的目的。