动车车身构件加工设备作为一种高精度大型数控龙门加工中心,对我国轨道车辆制造业的发展起着重要作用。动车车身构件的主体大部分为大构件铝型材,因构件自身的加工工艺特点和加工精度的要求,其加工设备应具有良好的动、静态特性。本文以动车车身构件加工设备为研究对象,利用有限元方法对其关键部件的静、动态特性、热固耦合特性进行分析,并进行结构的优化设计,以提高设备的加工精度和运行的稳定性。本文研究的动车车身构件加工设备为属于专用四轴数控龙门加工中心,可根据动车车身构件加工的工艺要求完成孔、槽及轮廓形状等多种工序的加工。该设备刚性足、速度快,其电主轴兼顾转速高和扭矩大的特点,设备床身根据轨道车辆用铝型材长度进行特殊设计,可满足最长25米工件的高效加工要求。本文的主要研究工作如下:首先,对设备进行整机建模。建模完成后根据等效刚度理论对所建的模型进行简化。将建立的实体模型导入有限元软件进行模型前处理,建立关键部件的有限元模型。其次,对设备关键部件进行模态分析和结构的优化设计。完成设备关键部件特定阶数的固有频率和模态振型的求解,分析结构是否存在共振及可能存在共振的阶数。对设备的关键部件进行模态测试,以验证有限元分析结果的准确性。对可能存在共振的关键部件进行结构的优化设计,通过改变结构的固有频率来避开共振区间,以保证设备的加工精度。再次,对优化后的设备关键部件进行极限工况下的静力学分析,获得加工设备关键部件的应力、应变和总变形云图,验证优化完成后设备的结构强度和刚度是否满足校核标准。最后,对设备床身的热固耦合特性的分析,使用有限元方法对床身结构在自然环境极限温差下所产生的热变形计算求解,分析床身产生的温度效应对设备加工误差的影响,提出使用建议。