| 【中文题名】 | 基于ANSYS的XK713数控铣床有限元分析及优化设计 |
| 【英文题名】 | Finite Element Analysis and Optimum Design on ANSYS in XK713 NC Milling Machine |
| 【学科专业】 | 机械电子工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-6-11 |
| 【中关键词】 | 数控铣床,有限元分析,静力分析,模态分析,优化设计, |
| 【英关键词】 | NC Milling machine,FEM,Static Analysis,Modal analysis,Optimum design, |
| 【分类导航】 | 工业技术>金属学与金属工艺>金属切削加工及机床>铣削加工及铣床>程序控制铣床和数控铣床> |
| 【论文摘要】 |
有限元方法是现代工程分析与设计的一种快捷、有效的辅助工具。有限元分析及结构优化等CAE技术的应用,对缩短产品开发设计周期、降低产品制造成本、增强企业竞争力具有重要的意义。本文以华中I型教学型数控铣床为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS作为分析工具,对组成铣床的主要零部件进行分析,并对结构进行优化设计。主要工作如下:
对数控铣床的主要零部件主轴箱、立柱结构及整机结构在建立三维有限元分析模型的基础上进行静力分析,直观展示了结构的应力场和位移场,分析了结构的强度和刚度;对主轴箱结构和床身进行了模态分析,获得了主轴箱和床身的模态参数(固有频率和振型),对两种结构进行了动态性能分析,并结合静态分析综合评价了结构的力学性能。静态分析与模态分析结果表明,主轴箱、立柱及整机结能够满足强度要求,主轴箱、立柱结构材料分布不够合理,机床不适合加工大件,而床身的动态性能有待于改善。静态分析与模态分析为结构优化设计和动力改进打下了基础。
本文利用了ANSYS的参数化优化设计模块从静力分析角度对主轴箱进行优化设计,获得了主轴箱结构以最轻重量为目标的优化设计结果,并对优化后的结构进行改进,使其保持良好的动态性... |
| 【论文题纲】 |
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中文摘要 |
4-5 |
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英文摘要 |
5-8 |
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第一章 绪论 |
8-12 |
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1.1 前言 |
8 |
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1.2 数值模拟技术及其应用 |
8 |
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1.3 有限元分析和结构优化的发展现状 |
8-10 |
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1.3.1 结构分析中的有限元法 |
8-9 |
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1.3.2 有限元法在工程结构分析中的应用 |
9 |
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1.3.3 有限元法和软件发展特征 |
9-10 |
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1.4 结构优化设计方法及其在工程中的应用 |
10 |
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1.5 本课题的意义和研究内容 |
10-12 |
|
1.5.1 华中XK713 数控铣床简介 |
10 |
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1.5.2 选题目的和意义 |
10 |
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1.5.3 本课题的主要研究内容和方法 |
10-12 |
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第二章 XK713 数控铣床结构的有限元静力分析 |
12-28 |
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2.1 引言 |
12 |
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2.2 结构分析的有限元方法 |
12-14 |
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2.3 工程结构分析软件ANSYS 简介 |
14 |
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2.4 XK713 数控铣床的结构特点 |
14-15 |
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2.5 XK713 数控铣床主轴箱结构的有限元静力分析 |
15-21 |
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2.5.1 主轴箱结构有限元建模 |
15-17 |
|
2.5.2 计算结果与分析 |
17-21 |
|
2.5.2.1 模型与计算结果精度分析 |
17-18 |
|
2.5.2.2 应力分析 |
18-19 |
|
2.5.2.3 刚度分析 |
19-21 |
|
2.6 XK713 数控铣床立柱结构的有限元静力分析 |
21-24 |
|
2.6.1 立柱结构的有限元建模 |
21 |
|
2.6.2 计算结果与分析 |
21-24 |
|
2.6.2.1 模型与计算结果精度分析 |
22 |
|
2.6.2.2 应力分析 |
22-24 |
|
2.6.2.3 刚度分析 |
24 |
|
2.7 XK713 数控铣床整机有限元静力分析 |
24-27 |
|
2.7.1 XK713 数控铣床整机模型处理 |
24-25 |
|
2.7.2 XK713 数控铣床整机模型处理及计算精度分析 |
25-26 |
|
2.7.3 整机静力计算结果分析 |
26-27 |
|
2.7.3.1 整机应力分析 |
26-27 |
|
2.7.3.2 整机刚度分析 |
27 |
|
2.8 结论 |
27-28 |
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第三章 XK713 数控铣床有限元模态分析 |
28-36 |
|
3.1 引言 |
28 |
|
3.2 模态分析有限元方法及结构动力特性(固有频率和振型)的计算 |
28-29 |
|
3.3 XK713 数控铣床主轴箱结构及床身模态分析 |
29-35 |
|
3.3.1 主轴箱结构有限元模态分析 |
29-32 |
|
3.3.2 床身结构有限元模态分析 |
32-35 |
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3.4 本章小结 |
35-36 |
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第四章 XK713 数控铣床主轴箱及床身结构优化设计 |
36-52 |
|
4.1 引言 |
36 |
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4.2 结构优化模型 |
36-37 |
|
4.3 结构优化方法 |
37-48 |
|
4.3.1 选型优化方法 |
37-38 |
|
4.3.2 利用 ANSYS 软件的 OPT 模块进行优化设计 |
38-39 |
|
4.3.3 XK713 数控铣床主轴箱结构优化设计 |
39-48 |
|
4.3.3.1 基于参数化的主轴箱结构优化设计 |
39-46 |
|
4.3.3.2 基于模态分析的主轴箱结构动力修改 |
46-48 |
|
4.4 混合优化法 |
48 |
|
4.5 基于动力特性分析的 XK713 数控铣床床身结构改进 |
48-51 |
|
4.5.1 床身结构存在的主要问题 |
48-49 |
|
4.5.2 床身优化的主要目标 |
49 |
|
4.5.3 床身结构优化的主要途径 |
49-51 |
|
4.5.4 床身结构优化结果分析 |
51 |
|
4.6 本章小结 |
51-52 |
|
第五章 结束语 |
52-54 |
|
5.1 工作总结 |
52 |
|
5.2 展望 |
52-54 |
|
参考文献 |
54-56 |
|
致谢 |
56-57 |
|
作者简介 |
57 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.383280 |
