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1、学校代号：10 7 3 1 学号：0 9 2 0 8 0 2 0 1 0 7 9 密级：公开 兰州理工大学硕士学位论文 高速卧式加工中心 床身的轻量化设计研究 学位申请人姓名；塞圣奎 导师姓名及职称；茵垫丞塾握 培养单 位；扭电王猩堂瞳 专业 名 称；扭越剑造盈基自动丝 论文提交日期；2 0 1 2 年0 5 月2 9 日 。_ _ _ _ I - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - 。一r 1 _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ 一 论文答辩日期； 至Q ! 星生Q 鱼旦Q 旦旦 答辩委员会主席： L i g h t w e i g h tD
2、e s i g nS t u d yo fH i g h s p e e dH o r i z o n t a l M a c h i n i n gC e n t e rB e d b y S O N G D o n g d o n g B E ( A i rd e f e n s ef o r c e sc o m m a n da c a d e m y ) 2 0 0 9 At h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e R e q u i r e m e n t sf o rt h
3、 ed e g r e eo f M a s t e ro fE n g i n e e r i n g l n M e c h a n i c a lM a n u f a c t u r ea n dA u t o m a t i o n i nt h e S c h o o lo fM e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i c a lE n g i n e e r i n g o f L a n z h o uU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y S u p e r v i s o r P r o
4、f e s s o rR u iZ h i y u a n J u n e ，2 0 1 2 3 52舭0mmmIiiii- 2Y 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 垂参毒 J E l 期：押I 埤口莎月厂口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留
5、并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在一年解密后适用本授权书。 2 、不保密日。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) f 飞厶 作者签名：抹冬咯日期：a 0 年口月，9 日 导师签名：、孙 日期：2 口fL 年占 月，秒日 硕士学位论文 目录 摘要I V A b s t r a c t V 插图索引V I I 附表索引V I I I 第一章绪论1 1 1 课题的背景及研究意义1 1 1 1 课
6、题的背景1 1 1 2 研究意义l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 高速卧式加工中心的特点2 1 2 2 国外机床床身的研究重点3 1 2 3 国内机床床身的研究重点4 1 3 研究手段的发展概况及各种方法的优缺点一6 1 3 1 利用轻型材料实现轻量化设计一6 1 3 2 结构优化轻量化7 1 4 研究目标和主要研究内容1 l 1 4 1 研究目标一l l 1 4 2 本文的主要研究内容。1 l 1 5 本章小结12 第二章高速卧式加工中心床身总体方案设计。1 3 2 1 加工中心整体设计方案1 3 2 1 1 加工中一t 3 的设计理念1 4 2 1 2 加工中心的工作原理1 4 2
7、 1 3 加工中- t 3 的基本组成1 4 2 1 4 高速卧式加工中心的布局形式1 5 2 1 5 高速卧式加工中心的整体方案1 5 2 2 高速卧式加工中心整体设计方案分析1 6 2 2 1 高速卧式加工中- t 3 主要技术参数1 6 2 2 2 高速卧式加工中心整机结构特点1 7 2 2 3 高速卧式加工中心整体结构分析1 7 2 3 高速卧式加工中心对床身的设计要求1 7 2 4 高速卧式加工中心床身设计方案1 8 2 4 1 高速卧式加工中心床身设计的基本参数1 8 高速卧式加工中心床身的轻量化设计研究 2 4 2 高速卧式加工中心床身的设计方案1 9 2 4 3 床身轻量化设计
8、流程图1 9 2 4 4 结构拓扑优化设计的实现过程2 0 2 5 工程软件应用分析2 0 2 5 1P R O E 软件介绍2 0 2 5 2A N S Y S l 2 0 软件简介2 l 2 5 3 有限元模型建立的原则2 2 2 6 本章小结2 3 第三章高速卧式加工中心床身静动态性能分析2 4 3 1 床身静动态分析的基本原理2 4 3 1 1 机械结构静、动态特性【5 8 1 2 4 3 1 2 静力学分析基本理论2 5 3 1 3 动态特性分析理论。2 6 3 2 有限元分析的基本理论2 8 3 3 高速卧式加工中心床身静态特性分析2 9 3 3 1 床身结构受力分析3 0 3 3
9、 2 床身静态特性分析3 1 3 4 高速卧式加工中心床身动态特性分析3 4 3 4 1 动态特性分析的应用概况3 5 3 4 2 动态特性分析计算结果3 5 3 5 本章小结3 9 第四章高速卧式加工中心床身轻量化设计4 0 4 1 拓扑优化的基本理论4 0 4 1 1 拓扑优化的基本概念和原理4 0 4 1 2 拓扑优化问题的数学描述4 l 4 1 3 拓扑优化的数学模型4 l 4 2 基于I C M 方法的拓扑优化技术4 2 4 2 1I C M 方法的基本思想4 2 4 2 2 基于I C M 方法的数学模型4 3 4 3 基于拓扑优化的高速卧式加工中心床身轻量化设计4 4 4 3 1
10、 二维拓扑轻量化设计4 4 4 3 2 三维拓扑轻量化设计4 4 4 4 高速卧式加工床身的可制造化处理4 5 4 4 1 可制造化处理方案4 5 4 4 2 可制造化处理的具体结果4 6 硕士学位论文 4 5 高速卧式加工中心床身方案比较4 7 4 5 1 拓扑优化床身的静态性能分析4 7 4 5 2 拓扑优化床身的动态性能分析4 8 4 6 高速卧式加工中心床身的综合设计方案4 9 4 7 本章小结5 0 总结及展望51 1 总结本文所做的主要工作5 1 2 进一步研究的展望5 2 参考文献5 3 致谢5 7 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录5 8 高速卧式加工中心床身的轻量化设计
11、研究 摘要 随着科学技术的快速发展，高档数控机床正向高速度、高精度、高效率、复 合化方向发展，具有诸多优点的高速卧式加工中心是现代数控机床发展方向之一。 加工中心能实现复杂零部件在一次装夹后完成几乎全部加工工序的功能，可以大 幅度提高生产效率和加工精度，是发电、船舶、汽车、航空航天、高精仪器等民 用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备，具有广泛的发展前景。 床身是高速卧式加工中心的关键基础支撑件，而且床身的结构尺寸及重量较 大，其本身的静动刚度、抗震性以及热稳定性直接影响到整机的工作性能。本文 结合国家重大专项高速卧式加工中心新产品的项目开发，全面论述了机床总体方 案的拟定过程和设计方法，分析其实际的工作状况，设计性能优良的床身结构， 最终确定切合实际的最优开发方案。主要研究内容如下： ( 1 ) 提出高速卧式加工中心
