窄長鋁材構件鋸銑復合加工設備靜動態(tài)特性與結構優(yōu)化設計研究.pdf

1、窄長鋁材構件密度小、強度高、易加工，耐腐蝕且易回收利用，廣泛地應用于建筑、汽車、軌道交通、航空和船舶等領域，鋁型材的加工效率和精度等要求隨之提升，其加工技術及設備受到越來越多的重視。目前，窄長鋁材構件生產(chǎn)廠家多采用大跨距龍門加工中心進行生產(chǎn)，設備投入高、加工效率低，而適合窄長鋁材工件快速裝卸及加工的開放式（C型結構）鋁型材加工中心靜動態(tài)特性較差，加工精度低。因此，開發(fā)一種高效、靜動態(tài)特性良好、經(jīng)濟性的窄長鋁材構件加工設備，以實現(xiàn)鋁材構件

2、的鋸銑復合加工，具有重要意義。
　　論文通過對窄長鋁材構件結構、工藝特點及國內(nèi)外相關加工設備的調(diào)研，確定了窄長鋁材構件鋸銑復合加工設備的設計要求、整體布局、主要技術參數(shù)和精度指標，基于模塊化設計原理對加工設備進行了模塊劃分，著重闡述了加工設備傳動系統(tǒng)及關鍵部件橫梁、拼接床身的設計過程。
　　對整機結構進行了靜動態(tài)特性分析及薄弱環(huán)節(jié)優(yōu)化設計。分析了考慮切削力和不考慮切削力兩種情況下整機靜力變形情況;二基于串聯(lián)剛度場理論,分析了

3、各部件位移量占系統(tǒng)總位移量的百分比、系統(tǒng)剛度的拐點等特性，找出了系統(tǒng)靜剛度的薄弱環(huán)節(jié);通過整機模態(tài)分析獲得了前六階固有頻率及振型，找出了整機動態(tài)特性薄弱環(huán)節(jié);采用梯度優(yōu)化方法，對薄弱環(huán)節(jié)——滑枕的厚度尺寸進行了優(yōu)化。
　　對關鍵部件橫梁進行了靜動態(tài)特性分析。分析了橫梁多位置工況下的靜力學特性，得到了橫梁Z向變形量曲線及整機Y向直線度誤差;對橫梁進行模態(tài)及諧響應分析，獲取橫梁結構的前六階固有頻率及振型，并得到橫梁的頻幅響應曲線，為加

4、工參數(shù)選取提供了理論依據(jù)。
　　基于響應面模型與遺傳算法對加工設備床身進行了輕量化設計?；谥行膹秃显囼炘O計及Kriging近似模型，建立了床身結構設計輸入與結構響應輸出關系的響應面模型;結合床身結構響應面模型，建立并求解了床身質(zhì)量參數(shù)遺傳算法優(yōu)化數(shù)學模型;分析了設計參數(shù)對目標函數(shù)和約束函數(shù)的靈敏度，得到了床身設計參數(shù)動態(tài)優(yōu)化的修正最優(yōu)解集，實現(xiàn)了床身輕量化設計。
　　本課題的研究可為窄長鋁材構件加工設備研發(fā)提供方法，為研究