【摘 要】
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激光切割机作为现代加工行业的常用设备,其切割精度一直是衡量激光切割机优劣的重要标准。激光切割机的各零部件中,横梁的稳定性尤其重要,作为运动部件承载激光发射器与伺服电机等装置,其综合性能好坏将直接影响激光切割机的加工精度。本文以加工幅面为3000mm×1500mm的某中小型激光切割机作为研究对象,建立激光切割机整机结构的三维模型,运用ANSYS软件对激光切割机整机以及横梁组件进行静力学分析和模态分析
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激光切割机作为现代加工行业的常用设备,其切割精度一直是衡量激光切割机优劣的重要标准。激光切割机的各零部件中,横梁的稳定性尤其重要,作为运动部件承载激光发射器与伺服电机等装置,其综合性能好坏将直接影响激光切割机的加工精度。本文以加工幅面为3000mm×1500mm的某中小型激光切割机作为研究对象,建立激光切割机整机结构的三维模型,运用ANSYS软件对激光切割机整机以及横梁组件进行静力学分析和模态分析。以优化横梁性能为目的,研究激光切割机的关键部件(横梁组件)的刚度、稳定性及其质量与其结构参数的关系,选择5个激光切割机横梁组件结构参数作为设计变量(分别为安装于激光切割机横梁上滑枕的侧壁厚、激光切割机横梁的上壁厚、激光切割机横梁中间位置加强筋壁厚、激光切割机横梁的侧壁厚、激光切割机横梁的下壁厚);利用正交试验建立这5个激光切割机横梁结构参数与3个性能指标(激光切割机横梁组件刚度、一阶固有频率和横梁质量)的数据关系,采用二阶响应面模型构建正交试验中横梁组件结构参数与性能指标之间函数关系。提出以提高横梁组件刚度及稳定为目标,利用响应面模型函数式,建立优化目的是3个性能指标的多目标优化模型,并利用MATLAB实现全局搜索算法求得筛选后的最优解。优化结果表明,激光切割机的激光发射孔位置的位移量降低10.15%,横梁刚度得到提升;激光切割机横梁的一阶固有频率提升9.17%,降低了发生共振的概率;横梁组件质量基本保持不变。为验证优化后结构的可靠性,提出利用刚柔多体动力学原理,建立横梁组件多体动力学模型,进行动力学仿真。仿真结果显示,优化后横梁组件结构性能较好,说明该结构具有一定可靠性,横梁组件结构稳定性得到了提高。
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