摘要

龙门机床拥有加工效率高，加工跨距大以及刚度高的特点，常用于汽车，航空，航天等制造行业中的大型零件的加工。龙门机床的结构布局是: 横梁连接着溜板，安装在立柱上，托板、箱体等部件悬挂在横梁的前壁面。龙门机床大部分的功能部件都悬挂在立柱和横梁的前壁面，悬臂结构布局产生很大的附加载荷，使立柱、横梁等结构承担了加工载荷以及附加弯扭载荷的双重作用。为保证结构的刚度，需要增大龙门机床立柱，横梁等部件的尺寸，因而引起结构自身重量大，动态特性差，刚度不足等问题。随着高速切削技术的发展和普及，常规龙门机床结构的弊端日益凸显，不能很好地适应高速，高精度加工的需求。因此，改进其结构形式以满足加工需求，具有重要意义。

本文对五轴联动加工中心的溜板进行优化设计，主要的工作有：用ANSYS对溜板模型划分网格，进行模态计算转化成柔性体，之后在ADAMS中进行运动学仿真，分析横梁运动过程中溜板的应力应变。找出溜板的薄弱环节并提出针对性的修改方案，优化溜板的结构设计。对溜板进行结构优化设计后，重复上述流程，将新模型的参数与旧模型进行比较。优化后的溜板刚度提高，可以有效地提高加工精度。

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大型五轴龙门机床运动学仿真分析

1、绪论

1.1 研究背景及意义

    1.1.1研究背景

龙门机床常用于汽车，航空，航天等制造行业中的大型零件的加工。当前，在加工精度上，国内的五轴联动数控机床与国外有一定的差距。故而，研究数控龙门机床的生产技术，对于国内机械制造业的发展有着相当重要的作用。溜板是龙门机床的关键基础部件。溜板应该具有高刚度和高强度，以保持整机加工性能。利用传统的设计方法来设计的溜板，结构设计不太合理，因此需要利用有限元分析及其优化方法，设计出较高刚度的溜板结构方案。

    1.1.2研究意义

由于涡轮转子，叶轮，特殊的螺旋桨，大型柴油机曲轴等重要的零件的加工十分复杂，只有五轴联动数控机床能解决这些零件的加工问题。因此，改进其结构形式以满足加工需求，具有重要意义。

1.2 国内外研究现状分析

    1.2.1国外研究现状及发展动态 

毫无疑问，该机械制造业在日本的机床产值持久的世界第一宝座的征服。通过[1] 2009年，中国机床产值升至首位。但到目前为止，生产并推动一些重要的产业技术，机床制造业仍然在美国处于世界领先地位。

数控机床桥被广泛应用于生产彻底改变了传统的生产部门，从而导致自动化，高效率，高输出量和方向的改变方向的格局，在工程机械中的应用，汽车行业其他生长起着带来重大变化行业中的重要作用，以提高产品质量和生产效率在很大程度上。机桥质量数控在很大程度上是由他的生命和精度决定：增加了生产成本的使用寿命可以通过降低价格，使产品更具有竞争力，在市场上以提高处理的精度减少到一定程度肯定能改善其产品的质量，降低了有缺陷的产品的数量，提高了产品的质量。因此，目前厂家和国家研究机构专门研究着重于如何提高铣床和加工精度的生活。

提高产品质量和生产效率可以缩短生产周期，降低成本，提高产品质量，以旨在确保公司在激烈的竞争中处于优势地位。出于这个原因，生产工程数控龙门铣的国际协会将是一个给定的技术的五个现代化生产技术之一。的复杂处理薄部最常见的使用中，用于取八小时，但现在只需要大约3个小时。在过去，由于数字技术的控制系统编程的巨大困难，主机结构非常复杂，五轴联动数控铣床桥一直发展缓慢。随着计算机软件技术的发展，编程技术在最近几年难度有所下降，随着电主轴机床的应用，使得轴数控龙门镗铣床得到很大的发展。到目前为止，五轴机床移动连同数控加工效率，可以实现其他普通三轴或四轴沿两倍多的机器的处理效率移动。

随着网络和人工智能的迅速发展和智能网络已成为数控系统发展的主要方向。有一次，数控机床的传统封闭的系统，数控系统不能导致智能网络的实施。但日本和美国开放式数控系统经过大量的研究，以达到提高容量数控铣床自动编程系统和工艺适应性和智能监控，智能诊断功能也得到了很多很大的提高。

机是一台机器的工具来优化机器结构本身的设计是在不断的进步。现在，虚拟样机技术在汽车设计中的应用是非常普遍的现象。例如在日本，美国，德国等发达国家，在汽车设计中采用虚拟样机技术已达到一个阶段更成熟，大大缩短了设计周期机器减少机器的成本，提高市场竞争力。利用虚拟样机技术在机床设计领域的开发中占有主导地位很长一段时间，并在极大地推动了机床行业的发展。

1.2.2国内研究现状及发展动态

随着科学技术的不断发展，数控机床的速度越来越快，行业的发展，在机床的发展趋势来看，机床工具，数控高速，高精度的发展，高高性能，高灵活性和模块化运动方向。车在朝向主轴转速高速会快得多，可以充分发挥的现代材料，工具，不仅可以大大提高处理的大小，降低加工成本的性能，但也提高了精密数控表面和精密零件加工，精密机械的高指标和工件本身的超精密质量更高精度加工的发展（精密特殊处理），世界上致力于方向的准确性能源产业的发展，是指增强高性能的系统集成的数控机床还学会了集中控制，远程控制，高度的灵活性将成为目标，更灵活的自动化控制机管理一体化，物流及支持多种灵活的生产系统，结合指数是减少机器周期控制和降低成本，需要开发模块化的方向发展，这有利于生产商，也是帮助消费者。

近年来，生产机械，精细的CAD / CAE技术，造成了现代生产技术更上一层楼。虚拟机逐步设计和开发环境的数字化发展，这只能优化的结构设计，仿真和实验也可能最终在虚拟环境中的工作条件，以取代虚拟实验和实验难以完成物理参与制作。在产品开发，CAD，计算机/ CAE系统将分散的设计平台和组件分析技术工程相结合，创建产品作为一种模式对所有与模拟产品的使用条件不同运行测试性能预测产品和改进产品设计，提高产品的性能。

多体动力学系统是一个很大的身体运动和正确的程序来创建数学计算机模型来分析，解决，并找到有效的解决方案和始终如一的数值复杂的动态系统。

1950年后，科学技术和工业生产，先进的技术和机器人制造，航空航天工业的翅膀太阳能和手臂的快速发展，应用航天器的复杂的组织，为系统最严格的是代表它们已被广泛用于该项目的情况。这些多器官系统复杂的拓扑结构，采用传统的经典动力学其复杂的刚体动力学没有解决，它必须以一种新的方式来代替。多体系统动力学的背景下诞生的。从1960年到1980年，它是一个建模多器官系统和自动解决方案数值20世纪80年代，系统的研究多体动力学方面取得了一系列成果，尤其是在成熟的建模理论，但为了解决持久的价值，最有效的方法仍是一个热门话题。

自1980年以来，高速，高效，高精度系统日益激烈的机械，管理，使当前的系统结构的某些部分的弹性变形已运行的连接不能忽略。因此，多体动力学的研究重点将转移到多体系统是灵活的多体系统，该系统允许多体系统动力学的研究进入了一个新阶段。

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高度对国外技术的依赖行业的。对于许多高科技产品的核心技术，有外星人的状态完全控制。引进技术的基本内部吸收仍然只是在现有的技术，提高国产化程度的研究。科技创新和自我发展能力的机床和世界先进水平还有相当大的差距。

国内产品与国外产品，主要集中在精密机床，高效率之间的差距。企业和科研机构在国外做了很多研究铣削高速机制为技术而技术的高速铣削加工，精度，刚度和建筑汽车碰撞汽车等都有详细的研究和制造各种中心高速处理。国外金属丝胎棒快速移动高速接入茎运动副推动加工中心已达到40米/分钟。已经高90米/分，驱动直流电动机的最大速度处理中心为120米/分。苏国内制造中心，但在30米/分钟或以上，仅达60米/分，在制造轮毂电机驱动试样只作了一小部分。与此同时，有主轴转速海外生产中心高速旋转主要集中在12000-25000转/分，最高的已经达到7转/分。同时，广泛使用适合于高速研磨或箱盒结构的台架的结构。

我们的机床设计，在设计太晚意味着，这将是困难王开发的项背。到1980年，虚拟样机技术在国内慢慢扩散，很快蔓延到机床的设计。经过近30年的快速发展，虚拟样机技术在汽车的设计也逐渐得到应用，特别是在大型机床设计。如何研究和建模，模拟运动，或结构分析技术，虚拟样机有了长足的进步，从而降低了汽车的设计在一定程度上的成本等方面，他在工具行业的发展起到了重要的作用开车。然而，随着机器设计的快速发展，虚拟样机技术的应用仍然有很大差距，与发达国家相比变得更加成熟。虚拟样机技术是非常重要的和发展的空间，需要不断开发和研究，才能够在未来比发达国家更达到。