文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
大型龙门加工中心结构优化设计及快速仿真平台开发
姓名:肖利利
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:陈蔚芳
2011-01
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
大型龙门加工中心作为一种大型高档数控机床一直是国家重点支持与发展的装备。随着航
空、航天、船舶、风电、冶金等大型装备制造业的飞速发展,不仅要求龙门加工中心能够实现
大尺寸的加工,更要求其具有良好的动静态特性。根据江苏省产学研前瞻性联合研究项目“超
大型多动门动梁五面体龙门加工中心关键技术研发”,本文以 QLM23-65600 超大型 4 动门龙
门镗铣床中的一个具有五面体加工性能的动门 QLM2365/5X 为研究对象,利用有限元分析软件
对其进行静动态特性分析及优化设计,并利用 VC++ 平台完成龙门加工中心快速仿真平台开
发,以实现参数化主轴等零部件的快速分析。
论文主要工作包括以下几个方面:
QLM2365/5X 动龙门整机及其主要零部件,建立了有限元分析模型,完成了整
机的静力学分析和模态分析。同时对整机进行了静刚度试验和模态试验,验证了有限元分析模
型的正确性。
,通过有限元分析,得到了四种方案的静动态
特性参数。以高刚度、高抗振性和轻量化为评价指标,采用静动态综合性能优选方法,优选出
X 型筋板布局的横梁结构,并对其结构的主要尺寸进行了灵敏度分析和优化设计,得出了横梁
结构最优 X 型筋板尺寸,从而使横梁的质量得到控制,静力学性能有所改进,抗振性得到明显
提高。
,发现其筋板布局不能充分发挥材料最优性能。为
此,通过研究生物的根系结构和筋板结构的相似性,提出了筋板的仿生学设计方法。以银杏根
系结构为参考,对立柱进行了仿生设计,得到筋板仿生型结构。对原型和仿生型立柱结构的有
限元分析对比结果表明,立柱的动静态性能明显提高。
4. 对主轴系统进行了静力学分析、模态分析、谐响应分析以及热—力结构耦合分析,发现
主轴系统的抗振性需要提高。为此,通过灵敏度分析确定优化设计变量,对主轴结构进行了多
目标动态优化设计,利用综合评价法获得最优设计方案。使主轴在质量和静特性基本不变的情
况下,抗振性得到提高。
5. 为了快速实现不同系列龙门加工中心的上述分析,采用 VC++ 开发了基于 ANSYS 的
仿真平台,该平台能够实现横梁、立柱及主轴部件的快速仿真及优化设计。通过对主轴结构的
快速仿真分析,验证了系统的可行性。
关键词:龙门加工中心,有限元分析,灵敏度分析,优化设计,仿生设计,仿真平台
i
大型龙门加工中心结构优化设计及快速仿真平台开发
Abstract
As a kind of large high-C machine tools, super five-sided gantry machining center has
always been supported and developed by the state. With the rapid development of aviation, aerospace,
marine, wind power, metallurgy and other large-equipment manufacturing industry, the requires for
the machining center not only achieve large-size processing, but also have excellent dynamic and
static characteristics. This es from Jiangsu Province’s production and research prospective
joint research project named "the development of super five-side gantry machining center with
moving-door and moving-beam". This paper takes the QLM2365/5X five-sided machining center as
the study object and conducts the finite element analysis and optimization by the finite element
analysis software