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1、江苏科技大学毕业设计论文开题报告概述表学生田林东班级学号0940206319指导教师李忠国姓名毕业设计(论文)题目基于 ansys的机床车身机构优化设计随着社会生产和科学技术的快速进展，机械产品日趋周密简洁，且需求频繁改型， 特别是在宇航、军事、造船等领域所需的机械零件，精度要求高，外形简洁，批量小。加工这类产品需要常常改装或调整设备，一般车床或专用化程度高的自动化车床已不 能适应这些要求。为了解决上述问题，一种型车床数控车床应运而生。这种 型车床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用 了电子计算机、自动把握、伺服驱动、周密测量和型机械构造等多方面的技术成果， 是
2、今后数控车床的进展方向。因此我们争论分析 CA6140 机床可以有一下意义：1.充分了解 CA6140 的工作原理，建立三维模型。意义：加深对机械设计、制造及选工艺的理解，熬炼理论联系实际力气。题的2.更标注。意义：加深对公差与协作的理解及实际应用。目3.优化设计。意义：加深对机械优化设计的理解和实际应用力气。的和4.建立三维模型有利于对操作人员进展培训以及课堂教学需要。意义1. 国内的争论现状目前国内在机床构造优化领域的争论比较活泼，机床构造优化设计的内容格外丰富，涉及内容很多，包括静力学，构造非线性分析，拓扑优化，模态分析，动力学分析等。目前有限元方法在机床构造设计中的应用主要有以下几个方
3、面:1) 静力学分析。这是对二维或者三维机床零件承载后的应力和应变的分析，是有限元在机床设计中最根本、最常用的分析类型。2) 模态分析。这是动力学分析的一种，用于争论构造的固有频率和各振型等振动特性。进展这种分析时所施加的载荷只能是位移载荷和预应力载荷3) 谐响应分析和瞬态动力学分析。这两类分析也属于动力学分析，用于争论机床国对周期载荷和非周期载荷的动态响应。内外4) 热应力分析。用于争论构造内部温度的分布，以及及机床内部的热应力。研5) 接触分析。用于分析两个构造件接触时的接触面状态和法向力。国内的机床结究现构优化设计主要是应用在刚度和强度分析方面。广西大学陈文锋、毛汉领“MXBS 一 13
4、20状型高速外圆磨床动态性能的试验争论”1一文中，对 MXBs 一 1320 型高速外圆磨床的及存动态性能使用脉冲激振法进展了试验争论，得到磨床前几阶模态的频率和振型图，寻在找出机床振动的薄弱环节和主要振源，并提出一些机床改造的措施。的问对主要零部件进展有限元分析，优化零部件构造的设计。东南大学和无锡机床股题份对内圆圆磨床 MZ120A 床身构造进展有限元分析2，得到床身前几阶的固文献综有频率和振型，分析床身的内部筋板布置对构造动态特性的影响。张海伟，利用动态述试验分析和理论模型分析两种方法对卧式加工中心的动态性能进展了分析3，通过试验测试数据与理论计算结果比照分析，验证了理论模型的合理性，找
5、出了机床的薄弱环节，并进展了构造优化。优化后分析结果证明，机床构造的最大变形值都相应降低。陈庆堂，运用工程软件 ANS 丫 S 的优化设计模块，依据主轴箱的实际工况及机床零件加工精度要求，在参数化建模及构造应力分析根底上，对 XK7，3 数控铣床轴箱构造以减轻重量为目标进展优化设计 4。通过优化设计及分析，主轴箱构造重量减轻了23.2%，三个方向上刚度和应力得到了合理的分布。东南大学机械工程系，利用有限元法对机床床身进展静、动态分析，并使用渐进构造优化算法对床身构造进展基于基频约束和刚度约束的拓扑优化，为 ESO 方法在机床大件构造拓扑优化中的应用做了有益的尝试。王艳辉、伍建国等人，在“周密机
6、床床身构造参数的优化设计”5一文中，在确定周密机床床身合理构造的根底上，利用 ANSYS 有限元软件供给的 APDL 参数化设计语言和优化设计方法，以床身的肋板布置和肋板厚度为设计参数，对床身进展构造设计参数的优化，确定了床身构造的合理参数。不仅大大提高了床身的动态性能，而且节约了材料，降低了生产本钱。 2国外的争论现状国外的机床构造优化领域的争论比较多，在构造优化、有限元分析、参数化设计方 面 都 有 不 少 研 究 。 美 国 机 械 工 程 师 学 会 的“optimalsynthesisofeomplinatmeehnaismsusingsubdivisionnadcomnlereia
7、lFEA” 6一文中，利用有限元软件分析机械构造，提出全程参数化设计，并对其进展拓扑优化，全面分析了设计变量在优化程序中的变数。国外机床构造优化设计存在以下特点:1) 设计与分析平行。从以满足确定性能要求为目标的构造选型、构造设计，到具体设计方案的比较及确定、设计方案的模拟试验等。床身构造设计的各个阶段均有构造分析的参与。床身构造分析贯穿了整个设计过程，这样确定的床身构造设计方案， 根本就是定型方案。2) 构造优化的思想被用于设计的各个阶段。3) 大量的虚拟试验代替实物试验。虚拟试验不仅可以在没有实物的条件下进展， 而且实施快速、信息量大。利用虚拟试验，一方面可以在多个设计方案中选择最优， 削
8、减设计的盲目性，另一方面可以及早觉察在设计中的问题。从而削减设计本钱，缩短设计周期。随着工业的进展，对车床的要求越来越高。在车床的设计中，需要对其组成部件进展严密的分析与计算。车床床身等支承件的重量要占车床总重量的 20%30%，因此对支承件的单位重量刚度提出较高的要求。在重量轻的条件下，需保证支承件具有足够的静刚度，所以对支承件材料的分布、支承件壁厚和开孔位置的合理性提出了要求， 有必要进展分析计算。20 世纪 60 年月后期，随着计算机技术的进展，有限元方法开头逐步应用于工程实践。有限元方法作为一种数值计算方法，它具有很多突出的优点，并在此根底上消灭了大量的 CAE 软件(如美国 ANSY
9、S 公司研制的大型通用有限元分析软件； MSC 的MS.CNasrtna 和 MS.CPartna 等)，从而实现了计算机技术和有限元理论的结合，大大提高了机床构造设计的效率和质量。当前，承受有限元方法，建立机床构造的静、动力学模型己经成为机床理论建模普遍承受的方法。争论内容：（1） 课题调查，收集资料，学习和争论。（2） 对现有资料进展深入争论，生疏 CA6140 主轴箱的工作原理。（3） 进展图纸绘制，三维造型，装配运动学仿真。主4依据参考文献，进展优化设计。要5整理计算资料，进展毕业设计说明书写作。研零件的有关数据采集和零件间相互关系确实定，依据现有资料，运用 Proe 对零部究内件进展
10、三维建模。承受自上而下的方法，完成由零件到部件最终到装配的工作。依据容优化目标进展优化。综合现有的构造优化设计争论方法，可以看出有限元方法是计算床身等机床构造件各项动静态指标的重要方法，任何优化方法都最终要靠有限元计算去验证。拓扑优化方法解决平面构造优化问题己经相当成熟。通过初步分析床身的综合受力状况觉察，床身受力主要分解为平行于坐标平面的假设干力，而床身主体中大局部采研用板与加强肋构造。针对这一状况可以将床身分解为假设干个板、加强肋与平面力系的究组合，应用成熟的平面拓扑优化方法进展分析，最终指导整体构造的改进。构造系统方法设计灵敏度分析，是解决构造优化设计的兴方法，它依托于有限元计算和多参数
11、、多约束、单目标优化。该方法比较依靠于计算机的性能，这里将通过建立不同的单参步骤数灵敏度分析，分别计算各参数对床身性能的影响，进而缩小最优解所在的区域，最和终寻得最优解。拟定选取的参数包括板厚度、加强肋截面外形、加强肋倾斜角度等。措施本文承受科学计算和实际阅历相结合的方法。类比同类车床床身的构造，并依据等有限元分析的数据，对该床身构造进展优化。针对 CA614O 床身的具体特征制定了如下具体解决步骤:(1) 首先在 Pro 甩中建立 CA6140 床身实体模型，生疏床身零件以及与其相接触的各零件的构造形式。(2) 对 CA6140 床身进展受力分析，建立计算模型。主要分析床鞍、床头、床腿与床身
12、之间的作用力。通过制造与验收技术要求计算各点力的大小和方向。(3)依据受力分析状况，对 CA6140 床身进展加载，在 ANSYS 和 Pro 肥中分别进行计算，对于静态分析以最大位移最大应力作为约束条件，对于模态分析以各阶固有频率作为约束条件，以床身重量作为目标函数。(4) 依据床身应力分布，用 Pro/E 对床身中的关键尺寸进展灵敏度计算，确定减重量。对应力薄弱环节，同样进展加强方向的灵敏度计算，确定必要的加强重量。(5) 对修改后的模型进展全面校核，包括静态应变最大值和动态固有频率等指标， 比较减重前后的变化。(6) 依据实际工况及设计要求，给出最终方案。1 孟玉海 ，张卫国. CA61
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