高刚性轻量化研球机床身结构优化设计

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。     

基于灵敏度分析的机床床身多目标优化研究

为了找到对某卧式加工中心床身结构性能影响较大的尺寸参数,对床身结构尺寸进行灵敏度分析,确定了对床身质量及一阶固有频率灵敏度较大的尺寸参数。以灵敏度较大的尺寸参数作为设计变量,考虑床身的质量及一阶固有频率,利用响应面法对床身进行多目标优化求解,得到了一组最优的尺寸参数。对优化后的床身结构进行有限元分析,结果表明,优化后的床身质量减轻了171kg,并且其静、动力学性能得到了明显改善。对优化前后的整机进行谐响应分析,发现参考点的最大振幅得到了大幅下降,极大地改善了机床的动态性能。     

ANSYS下数控车床床身拓扑优化设计

为获得较好的设计方案,将有限元和结构拓扑优化方法应用于数控机床设计.以减重为优化目标,利用ANSYS对数控车床床身进行了拓扑优化,并利用Pro/Mechanica对优化结果进行了动静态分析.结果表明改进后的床身结构在保持原结构的静强度和动态特性的同时比原设计方案的用料减少了12.019kg.     

基于有限元分析技术的VK50数控床身铣机床底座设计

介绍了基于有限元优化分析技术的VK50数控床身铣机床底座的开发设计过程,通过CAE技术对开发过程的支持,对机床底座结构进行了其动静态特性的计算机仿真及优化设计,实验表明改进后的机床底座具有良好的动静态特性,同时证明了CAE技术改造传统机床制造业的有效性及科学性.     

VL1060立式加工中心床身结构优化设计

为了解决传统机床设计过程中存在设计周期长、刚度不足和结构笨重等缺陷。文章依据VL1060立式加工中心床身的结构特点,运用有限元法对床身进行动静态分析和结构优化,在满足机床强度的前提下,进行关键设计尺寸的灵敏度分析,对床身性能影响较大的尺寸进行优化取值,选择最佳优化方案。优化结果表明,运用此方法优化后,减轻了床身的重量,床身的刚度和固有频率均有所提高,为以后加工中心床身的设计提供了指导。     

基于ANSYS的HTM40100动静态特性分析

机床的动静态特性是影响机床性能的重要因素,以HTM40100卧式车铣复合加工中心整机为研究对象,采用有限元分析技术对整机及其床身、立柱、导轨、丝杠、尾台等主要部件进行了静力学分析和模态分析,对比分析了机床三个方向的静刚度,并得到系统前四阶模态的固有频率和阵型,发现立柱是影响整机动静态性能的薄弱环节,为设计人员改进其截面形状和筋型,提高机床的动静态特性提供了理论依据.     

直驱机床矿物质材料龙门框架优化设计及分析

为了加工直径320 mm,高度250 mm的工件,在保证各类相关尺寸的情况下设计了一种床身和龙门框架为矿物质材料的五轴直驱复合加工中心。为了减轻机床的质量并降低其重心,对矿物质材料龙门框架进行以提高模态性能和柔度最小化为目标的拓扑优化设计,再用多目标遗传算法对拓扑优化后的龙门框架进行尺寸优化,并前后多次对其动、静态性能进行仿真分析和比较。对比市场现有铸铁龙门框架与最终优化后的矿物质材料龙门框架,结果显示：矿物质材料龙门框架质量上降低了15.03％,最大变形降低了8.7％,最大应力降低56.68％,一阶固有频率增大了23.45％。优化后的矿物质材料龙门框架在静、动态特性以及轻量化方面都要明显优于铸铁龙门框架支承件。     

立式加工中心动力学分析及结构优化研究

研究了通过机床的动态特性分析进行结构优化的方法,提出了一种新的优化设计方案。针对对机床整机模态特性和谐响应特性,在有限元分析软件中对机床动态性能进行了仿真。分析结果表明,主轴箱和立柱为机床敏感部位,因此使用有限元分析软件对主轴箱进行拓扑优化,并且为立柱增加筋板。根据优化结果重新设计机床主轴箱和立柱结构,将优化后与未优化的机床的分析结果进行对比,结果表明机床的动态性能得到明显改善,主轴箱各阶固有频率提高10%左右,机床整机固有频率提高4%左右,x方向上的响应峰值减少约2%。     

多目标驱动的立式精密磨床床身优化设计方法研究

对磨床床身进行轻量化设计,在Solidworks中建立合理的简化模型,然后导入ABAQUS中进行静态分析和模态分析,根据分析结果对床身的结构提出改进方案.安排正交试验对实验结果数据做线性回归,然后进行灵敏度分析找出对床身刚度和重量敏感的结构尺寸.通过中心复合试验设计采取样本建立所选尺寸与床身最大变形量和重量的二次响应面模型.运用理想点法实现对床身最大变形量和重量的双目标优化.结果表明:床身刚度不减小,重量减轻7％.     

基于ANSYS/WORKBENCH的机床动态性能分析及改进

基于Pro/E与ANSYS/WORKBENCH协同仿真及优化的解决方案,建立了某精密卧式加工中心立柱结构的有限元分析模型。以提高其模态频率为目标,进行了结构型式及尺寸参数的优化设计。在考虑结合面单元特性的整机模型中验证优化效果,结果表明:在降低加工中心质量的同时提高了整机结构动刚度。优化设计方法及结果为机床设计提供了重要依据。     

五轴数控机床床身的全植物叶片结构仿生设计

为了提高机床的强度与刚度，使它具有良好的动静态特性。基于叶片褶皱稳定结构及叶脉分布结构的特点，建立叶片褶皱及叶脉的力学模型。以五轴数控机床的床身构件为研究对象，在SolidWorks环境下对床身构件进行全叶片的数字化仿生设计，通过Workbench对床身构件进行动静态特性分析。研究结果表明:仿生设计床身与原床身相比，比刚度效能提高14.39%，等效应力降低15.7%，质量减少2.17%，改善了床身动静态性能，实现了机床结构的仿生轻量化设计。     

汽车纵梁数控平板冲孔机焊接床身动力学分析

汽车纵梁数控平板冲孔机焊接床身作为汽车纵梁数控生产线的重要组成部分,振动破坏是焊接床身的主要失效形式之一。为了研究平板冲孔机焊接床身的动态特性,利用ANSYS软件对焊接床身有限元模型进行了模态分析,得出焊接床身固有频率和振型。根据模态分析结果,确定了谐响应频率分析范围,进而对焊接床身进行谐响应分析,得到了幅值-频率响应曲线,确定了对床身动态特性影响最大的固有频率,为床身的结构设计和优化提供一定的理论依据。     

钢纤维增强树脂混凝土超精密磨床床身材料设计及综合性能优化分析

为了探索提高机床床身综合性能的新途径，采用钢纤维增强树脂混凝土材料代替铸铁床身，通过“HORSFIELD最密堆积理论”、“贝雷法”以及排水法等理论确定钢纤维树脂混凝土组分质量分数，以优化其综合性能，并测试复合材料强度和阻尼性能参数。以铸铁床身为比对原型，设计了同款的钢纤维树脂混凝土床身新结构，借助于有限元软件对两种材料的床身进行了静、动态特性及轻质性分析和计算，并进行对比。结果表明：与铸铁床身相比，钢纤维树脂混凝土床身质量降低17.78%，最大整体变形和最大等效应力分别降低23%和76.83%，前6阶固有频率均有提升，在 X 、 Y 、 Z 三个方向最大振动幅值分别降低85.96%、68.49%、50.30%。以响应面优化方法对钢纤维树脂混凝土床身进行优化设计，与原设计方案相比，在保证床身轻量化的同时，其静、动态特性均有不同程度改善。     

基于有限元法的锻压机床床身结构优化设计

为了提高锻压机床床身的综合力学性能,首先设计了3种不同筋板布置方式的机床床身,在CAD/CAE集成模拟设计平台下对它们进行有限元分析,根据分析结果优选出最佳的床身设计方案.然后对优选出的床身采用CAD/CAE优化设计技术,以床身的筋板厚度和壁厚作为设计变量,以床身的质量作为主要优化目标、一阶固有频率和最大变形作为次要优化目标进行多目标优化设计,求解得到床身的最优结构尺寸,使床身质量下降6.12%,同时静刚度和抗振性也符合设计要求.最后通过静态和模态试验验证了优化设计方案的有效性.     

基于自适应响应面法的数控铣床尺寸优化

为了能够更加有效地改善数控铣床的动静态特性,采用试验设计与数理统计相结合的方法对XK719数控铣床进行了结构尺寸优化。对数控铣床整机采用拉丁超立方试验设计方法进行采样,在此基础上运用移动最小二乘法对采样点进行拟合,以构造近似函数;对近似函数采用自适应响应面法进行优化;通过25次迭代,在数控铣床整机质量变化不超过3%的情况下,实现了整机1阶固有频率提高16.3%,2阶固有频率提高13%。结果表明:该方法能够实现机床的快速优化设计。     

立式铣削加工中心立柱结构拓扑优化设计

基于连续体ICM拓扑优化方法,结合CAD/CAE系统,提出以模态频率为目标的结构拓扑优化模型,运用该模型完成XH715立式铣削加工中心立柱结构拓扑优化设计,其动静态性能有较大的改善,为后续的整机优化和详细设计提供了理论指导和设计原型.     

三自由度并联机床动力学响应研究

为了优化机床结构,提高整机静动态性能,针对一种三自由度并联机床进行了动力学响应研究。应用三维建模软件,建立了该并联机床整机的几何模型,依托有限元分析软件ANSYS Workbench建立了整机有限元模型,对其进行了模态分析,得到了机械结构前20阶固有频率和振型,分析结果表明,机床低阶频率偏低。为了研究机床各阶频率对动态载荷的响应情况,在模态分析基础上对整机结构进行了谐响应分析,得到了动平台与万向铰链沿着空间各个方向的位移响应曲线,指出了机床第3阶和第8阶固有频率对机床的动态性能影响最大,支链和万向铰链是影响机床动态性能的关键结构件。为了了解并联机床抵抗冲击载荷能力,对整机进行了瞬态分析,得到了机床动平台位移、速度时间响应曲线,以及支链在冲击载荷下的平均应力变化情况。所有动态响应分析数据为机床结构优化提供了理论依据。     

复合材料磨床床身的动态特性分析与优化

为了检验复合材料磨床床身的动态特性是否符合要求。用ANSYS对树脂矿物复合材料床身与铸铁材料床身进行模态分析和谐响应分析,得到其前六阶固有频率、振型及谐响应结果。对比两种材料床身的分析结果发现,复合材料床身的动态特性更好。在模态分析的基础上对复合材料床身进行拓扑优化分析,针对其拓扑优化密度云图提出了强化方案,并将强化后结构的分析结果与原结构分析结果进行了对比。对比发现,优化后床身的第一阶固有频率相比原床身提高了5.6%。     

基于响应面法的玻璃钻孔支撑结构优化设计

对玻璃进行钻孔加工过程中,机床中钻孔支撑结构的变形会使钻头发生偏移,降低钻孔的质量,提出了以最小化钻孔支撑结构的变形量和构件质量为优化目标的结构优化设计方法。考虑到支撑结构多目标优化模型缺乏的问题,在ANSYS Workbench软件中进行钻孔支撑结构的有限元分析,通过试验点选取、拟合函数选择和响应面合理性评估,建立了反映钻孔支撑结构关键尺寸与优化目标之间关系的两目标响应面模型,并采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解。试验表明,Kriging模型具有比标准响应面模型更好的多维变量和非线性问题拟合性能;钻孔支撑结构在满足强度要求的同时,最大变形降低了57.1%,质量减少了30.4%,满足高强度和轻量化的要求,证明了所提出的基于有限元分析、响应面拟合和多目标优化的机床结构件优化设计方法的有效性。     

基于有限元分析的机床结构优化设计

介绍了对某型号加工中心机床结构的有限元分析。详细分析了整机的前几阶模态。研究后发现由于立柱和支撑板设计的不合理,就会导致机床固有频率较低,振动增大,机床精度下降。针对加工中心机床部件的结构特点,对于立柱,筋板进行结构优选和设计参数优化,并对支撑板采用了拓扑优化和参数优化结合的方法。研究结果表明,通过有限元分析,加工中心机床结构参数得到了较好的优化,从而使整机性能得到了提高。