加工中心立柱结构优化设计与静压导轨分析

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1、专业学位硕士学位论文加工中心立柱结构优化设计与静压导轨分析StructureOptimizedDesignofMachiningCenterColumnandAnalysisofHydrostaticGuideway学号：312Q垒塑完成日期：2Q!垒!Q鱼!Q鱼大连理工大学DalianUniversityofTechnology木国家科技重大专项项目(NO．2012ZX04010一011—03)大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经

2、注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文题目：盈竺墨!车!!：至丝兹型殖笸鱼之垒兰芏曼豸垒巫墨钮墨：驺作者签名：娄耋i日期：坦』竺年—丘月j二日大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要采用静压润滑技术的静压导轨具有很高的承载能力，是重型机床的重要组成部分，分析其受载时压力分布是机床结构设计的基础。本文采用拓扑优化技术获得机床支承件的概念模型；而后对概念模型的传力路径

3、单元化以创建初步机床支承件的结构；最后对相关尺寸进行优化设计，构建机床支承件结构的最优方案。采用本流程可大大缩短带有液体静压导轨的机床支承件开发周期，提高效率。结合课题需要，本文对机床静压导轨进行了分析，并基于此，对机床支承件进行了结构设计，主要工作如下：(1)计算典型工况下切削力。提出了切削力计算原则，以立式车／铣复合加工中心为例，计算立式车／铣复合加工中心切削力；构建了立柱的力学模型，求解了立式车／铣复合加工中心立柱所受集中力，并对该集中力进行分配，获得立柱导轨的集中力；(2)分析了机床静压导轨的工作原理及结构特征，并

4、结合本课题分析对象，确定了重型立式车／铣复合加工中心立柱的静压导轨的供油方式和结构型式；基于不等面积对置油腔导轨工作原理，讨论了静压导轨油腔压力、承载能力、刚度的计算公式，并对联接横梁与立柱的静压导轨进行了分析；(3)建立了立式车／铣复合加工中心立柱的拓扑优化有限元模型，且分别以立柱多工况下的加权柔度和静动态多目标进行了拓扑优化，获得立柱概念模型；(4)由概念模型得到机床支承件的传力路径，对传力路径进行单元化处理，获得立柱初步方案；(5)对立柱关键尺寸进行了静动态多目标的优化设计：建立了立柱静动态多目标多参数的优化模型，通

5、过灵敏度分析和优化处理，确定最优的立柱结构模型。关键词：拓扑优化；单元化；尺寸优化；静压导轨StructureOptimizedDesignofMachiningCenterColumnandAnalysisofHydrostaticGuidewayAbstractThehydrostatictechnology，withahighcarryingcapacity，isanimportantpartofheavymachinetools．Analyzingthepressuredistributionunderloadis

6、thebasisforthedesignofthemachinestructure．Obtainingthesupport’Sconceptualmodelthroughtopologyoptimization．Thenbasedontheconceptualmodel，usingelementmethodtobuildthesupport’Sstructure．ThenSizeOptimizationofthesupport’sstructuretogettheoptimalsolution．Thisprocesscan

7、greatlyreducedesigningcycle，improveefficiency．ThestructuralanalysisanddesignofthesupportingpartandHydrostatic—Jointsdepartmentofmachinetoolhasbeenachievedinmispapercombinedwiththerequirementoftheproject．Themainworksarecontainedasfollows：(1)Cuttingforceiscalculated

8、inTypicalconditions．Thecuttingforcecalculationprinciple1Sproposed，forexample，tocalculateverticalmachiningcenter‘Scuttingforce；Buildamechanicalmodelofthe