卧式车床支承件结构构型与参数研究

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1、硕士学位论文卧式车床蜊结构构型与参数研究TheStudyofStructureConfigurationandItsParametersofHorizontalLathe’MainComponents学号：21004161大连理工大学DalianUniversityofTechnology木国家科技支撑计划“机床轻量化设计的‘概念一单元’技术与应用”(编号：2011BAFllB03)IIIIIIIIIIIIIIIIIY2415912．．．．．．．．．．．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

2、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。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：登盍主垄妻垦生盟塑型堑垒堑堡垫作者签名：塞塑查日期：兰生年—L月—L日大连理工大学硕士学位论文摘要高速、高精加工技术的发展对机床加速度、精度等指标提出了更高的要求，这使得机床支承件必须具有质量小而刚度高的特点。机床支承件的轻

3、量化结构设计是解决这一问题的重要途径之一。借助于计算机工具和有限元软件，利用结构分析和结构优化技术进行支承件结构数字化设计已成为数控机床支承件轻量化结构设计的必然趋势。与传统设计方法相比，它可以大幅提高设计效率，缩短设计周期，减少设计过程中的材料和能源消耗，显著提高经济效益。本文结合课题组项目内容对某斜床身卧式数控车床支承件进行了结构特征和静动性能分析，应用结构拓扑优化和尺寸优化完成了床鞍主筋板的结构构型设计及设计参数优化并探究了床鞍构型设计参数对其结构性能的影响。本文所做工作具体如下：(1)分析车床的结构布局和结合面形式及

4、机床支承件的几何结构类型和结构特征；总结进行机床支承件结构设计时所用的性能评价标准。以某卧式车床为例，分析其切削工况、载荷及约束特点并求解多种工况下各支承件的结合面载荷，为支承件结构性能分析和结构拓扑及尺寸优化有限元模型提供边界条件。(2)利用Ansys软件对卧式车床五大支承件进行有限元建模和结构性能分析，总结车床各支承件在切削载荷作用下的变形情况和振动特性(模态振型和固有频率)，为卧式车床支承件结构优化设计提供参考和对比依据。(3)利用HyperWorks软件对床鞍进行结构拓扑优化，根据优化结果进行床鞍主筋板结构构型设计；

5、利用Workbench软件对构型方案设计参数进行尺寸优化，确定构型方案四(设计方案4或5)为床鞍的轻量化改进设计方案，在保证静动性能的前提下减重约7％。(4)分析床鞍各构型设计参数对其质量和静态性能的影响，发现：侧壁板跨距、横向壁板厚度和导轨支承壁板厚度对床鞍性能的影响要远大于其他设计参数；侧壁板和主筋板厚度和高度的影响处于中等水平；而侧壁板角度和主筋板位置、圆环直径及角度的影响相对于前两者要小很多。给出床鞍的部分构型设计参数与其质量、位移和刚质比的关系曲线，为床鞍结构设计中构型参数的选择提供一定的参考。本文所做工作对卧式车

6、床支承件的结构设计和改进有一定的参考价值。关键词：轻量化设计；结构构型；结构优化；有限元；床鞍卧式车床支承件结构构型与参数研究TheStudyofStructureConfigurationandItsParametersofHorizontalLathe’MainComponentsAbstractThedevelopmentofhighspeedandhighprecisionmachiningputsforwardhigherrequirementstotheperformanceindexofmachinetools

7、，suchasacceleration，precisionandSOon，whichdemandsthatthemaincomponentsofmachinetoolsmustbeofsmallweight(mass)andhighstiffness．Thelight-weightstructuraldesignofthemaincomponentsofmachinetoolsisoneoftheimportantwaystosolvetheproblem．Withthehelpofcomputertoolsandfinit

8、eelementsoflwares，digitaldesignbasedontechnologyofstructuralperformanceanalysisandstructuraloptimizationhasbecomeaninevitabletrendforthelight—wei