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该论文结合江苏省科技基础建设项目“江苏省数控工程技术研究中心”(批准号:BM2005003)和江苏省科技攻关项目"XH6650高速卧式加工中心研发与产业化”(批准号:BE2006041)。选题具有很强的工程背景和应用价值。
论文主要完成了以下内容：
(1)建立了XH16650高速卧式加工中心原机床的部件及整机三维CAD模型,并进行虚拟装配,为动力学分析奠定了基础。
(2)采用动力学分析方法,对原机床进行整机动态分析得出原设计中立柱与床身为其薄弱环节。
(3)利用LDS实时信号分析仪进行整机模态实验,对机床整机有限元模型的精度进行验证,保证整机有限元模型能较准确地反映机床实际的动态特性。
(4)以固有频率为目标函数,体积为约束变量对立柱、床身进行拓扑优化。将改进后的立柱和床身装配到原整机中进行模态分析,其第一、三、四阶同有频率提高16％,第二阶固有频率提高9％,较大幅度地提高了整机的动态特性。
(5)在拓扑优化结果的基础上,进一步对立柱、床身内部筋板的尺寸进行优化,整机在提高刚度的前提下,质量由8.03吨减轻为7.8吨,得到令人满意的结果。
(6)根据优化结果,重新设计加工中心的主要结构并建立新机床整机的CAD/CAE模型,进行模拟实际切削加工过程的动力学分析。计算结果表明新机床动态特性有了较明显的提高。