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大型龙门铣床横梁参数化建模及多目标优化

罗晓燕  
【摘要】:大型龙门铣床是机械加工制造重要设备之一,以快速、高精度而著称,其横梁跨距大,易引起加工的不稳定,因此相关设计人员长期致力于对大跨距横梁的性能研究。随着CAD、CAE软件高度智能化、集成化,用有限元分析软件来建立机床部件有限元模型,对其实际加工工况进行模拟和仿真,为以后的改进和优化提供指导依据。本研究以汉川数控机床股份公司正研制的某大型龙门铣床为出发点,该铣床是我国自主研发的机械设备,样机试制成功后,发现精度未能达到设计要求,分析其目前存在的问题,总体来看机床设计研发起点较高,但综合性能尚需提高,主要问题之一是横梁结构不够合理,引起加工工件的精度不达标。如果能解决这一问题,将极大的提高该产品的国际竞争力。本论文使用主流建模软件Solidworks对横梁进行参数化建模,应用大型CAE软件ANSYS Workbench对横梁进行了静、动态有限元分析,分析结果表明横梁静态性能能够满足要求,但是动态性能却欠佳,原因是一阶模态易于被激发,考虑对横梁进行优化分析,以一阶模态和质量为优化目标,用Ansys Workbench的Design Exploration模块进行基于响应面法的多目标优化,优化结果表明横梁的一阶模态提升2.4%,质量降低7.2%,横梁的多目标优化使产品的使用性能和经济性两方面得到提高。最后用Shape Optimization(Beta)对横梁的上顶面进行了去除材料分析,为后续分析提供了思路。


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