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基于ANSYS的车铣复合加工中心横梁组合部结构有限元分析及结构优化设计

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摘要

1 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内的研究现状

1.2.2 国外的研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 VTM260车铣复合加工中心横梁组合部结构有限元静力分析

2.1 结构分析的有限元方法

2.1.1 结构离散化

2.1.2 单元分析

2.2 机床横梁组合部件有限元建模

2.2.1 机床横梁组合部件CAD建模

2.2.2 机床横梁结构有限元模型的建立

2.3 横梁组合部结构有限元静力学分析

2.3.1 车削工况分析及车削力计算

2.3.2 车削工况下静力分析

2.3.3 铣削工况分析及铣削力计算

2.3.4 铣削工况下静力分析

2.5 小结

3 VTM260车铣复合加工中心横梁组合部结构有限元动力学分析

3.1 动力学分析类型

3.2 模态分析

3.2.1 模态分析的过程

3.2.2 横梁组合部结构的模态分析

3.3 小结

4 VTM260车铣复合加工中心横梁组合部结构优化设计

4.1 引言

4.2 优化设计方法简介

4.2.1 结构优化设计的基本概念

4.2.2 有限元优化方法

4.2.3 优化模块中的三大要素

4.2.4 ANSYS的优化方法和收敛准则

4.2.5 常用优化工具

4.2.6 优化设计的步骤

4.3 横梁结构的优化设计

4.3.1 横梁组合部件三维模型的建立

4.3.2 横梁组合部件的有限元模型

4.3.3 优化计算

4.3.4 优化结果

4.4 优化后横梁结构的静动态分析及与原结构进行比较

4.4.1 优化模型的静力分析

4.4.2 优化后模型的模态分析

4.4.3 优化前后导轨区域应力分布比较

4.5 小结

5 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文

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摘要

横梁组合部结构做为机床的主要支承部件,在整个机床的性能评估中起着至关重要的作用,尤其是横梁组合部结构的静动态性能直接影响了机床的加工精度。随着我国工业现代化和高技术产业的快速发展,对机床的加工精度提出了更高的要求。通过理论分析和实践证明,对机床横梁组合部结构进行静动态特性分析和结构优化设计是提高机床加工精度的有效途径。将有限元分析方法和优化技术应用于机床的设计、改造过程中,可以极大地提高设计效率和设计水平、减少设计成本,缩短设计周期,因此具有重要的工程应用价值。
  有限元分析软件的应用,对缩短产品开发周期、降低产品制造成本、增强企业竞争力具有重要的意义。本文基于有限元理论,利用ANSYS分析软件对车铣复合加工中心横梁组合部结构进行静动态性能分析和结构优化设计。首先将在Pro/E中建立的机床横梁结构三维实体模型导入ANSYS中。在确定约束条件和外载荷后,对其结构进行了静、动态性能分析,了解其应力、位移、刚度、强度以及固有频率等特性,看其应力分布是否均匀。最后分别以机床的主轴箱、溜板、导轨做为优化对象,以应力分布均匀为目标函数进行结构优化设计。利用ANSYS的APDL参数化设计语言,选用ANSYS自带的优化工具完成主轴箱和导轨的优化设计,使其在满足许用刚度和强度的条件下,其应力分布趋于均匀。

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