摘要
随着社会经济的发展，人们对实木门的需求越来越大，这也增加了木工机械设备的需求。但国内的木门加工设备大多是通用设备，自动化程度较低，加工精度低，加工效率低，难以满足市场的需求。而且目前大多数企业依赖进口设备，中小型企业难以承担高昂成本费用。因此设计一台成本适中，适合中小型企业的组框木门双端铣削加工设备是十分必要的。基于上述，本文首先对实木板材进行铣削试验，然后结合工艺路线对加工主机进行设计，最后进行仿真分析及结构优化。本文主要研究内容如下： 对桦木、水曲柳、樟子松三种实木板材进行铣削试验。研究其在不同的主轴转速、不同的吃刀量、不同的进给速度、不同的铣削方式以及不同树种下的铣削加工结果，同时用超景深三维显微镜对板材表面进行测量，将结果转换成数字信号，分析板材表面质量。针对不同的加工类型，由于影响因素众多，因此在确定铣削参数时要综合考虑各项影响因素之间的关系。结合实木板材的铣削试验以及当前文献研究，提供铣削参数的参考范围。 确定组框木门加工主机的布局以及结构设计方案。需要分析木门加工工艺、确定双侧铣削加工形式、主要的技术参数以及加工主机的总体布局设计方案，并依据设计方案进行结构设计，对移动端铣削主机架、粗铣组件、精铣组件、上压辊组件等进行详细介绍。对粗铣，精铣的铣削功率以及板材的铣削力进行计算，确定铣削功率，为后续分析提供参考。 基于上述计算的铣削力，对铣削端的组件进行有限元分析。对电机支撑架和主机架进行静力学分析和模态分析，进而得到结果云图。分析其强度、刚度及稳定性，保证其在合理的许可范围内。对铣削主轴进行疲劳寿命分析，通过云图计算铣削主轴的理论寿命。对主轴进行谐响应分析，验证其是否会产生共振，确保满足设计和铣削要求。对移动端铣削主机架进行运动学仿真，验证移动端铣削组件运动的稳定性。 对主机架进行拓扑优化改进，对主轴箱进行多目标优化、对初始方案的主机架进行填充、对承重部位进行区分。然后进行拓扑优化，根据拓扑优化的趋势进行结构优化。对优化后的主机架进行验证。与初始方案进行对比发现，主机架的强度，刚度以及稳定性都有所提升。对主轴箱进行变密度法拓扑优化，根据优化后的结果改进，将改进后的尺寸进行参数化，将多个参数化的尺寸进行灵敏度分析，选取相关性大的参数对主轴箱进行基于响应面法的多目标优化。经过多目标优化后，主轴箱的强度，刚度以及基频都比初始方案有一定程度上的提高。
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