龙门加工中心移动横梁关键结构设计与优化

龙门加工中心移动横梁承受滑座、滑枕等零部件的重量及自身重力的情况下产生弯曲变形,为降低横梁受力变形量和提高横梁静动态特性,采用两种方法对横梁进行优化设计。设计了8种横梁筋板结构及对横梁上导轨面悬臂支撑结构进行了优化设计,运用有限元分析软件对横梁进行了静力学与模态特性分析,得到横梁结构总形变位移量和前六阶振型频率。结果表明,因横梁自重引起的变形占总变形的45.1%;"井"型结构设计最优,其总形变位移量降低了8.98%,质量减轻了329kg,一阶固有频率提高了2.40%,具有良好的静动态特性;筋板结构设计的作用主要体现在减轻横梁质量上,上导轨悬臂支撑结构倾斜设计的作用主要体现在减小横梁弯曲变形上,两种方法的结合使用可有效提高横梁性能。     

动梁龙门加工中心立柱轻量化设计

立柱是加工中心的重要部件,支承着主轴箱、滑枕及横梁等零/部件,对加工中心的加工精度有着举足轻重的影响。以立柱筋板结构、筋板厚度为设计变量,以立柱质量为主要评估指标,以立柱形变量和一阶固有频率为次要评估指标,采用三维设计软件Solid Works和有限元分析软件ANSYS设计并分析了8种筋板结构的立柱,初步筛选出O型筋板结构设计为最优方案,然后针对O型筋板立柱内部筋板厚度进行设计与分析。结果表明,在形变量基本不变的情况下,O型筋板立柱的筋板厚度为14mm时综合性能最优,优化后立柱质量减轻了352kg,一阶固有频率提高了1.6%。     

基于正交试验的机床移动横梁多目标优化设计

为了提高机床移动横梁静、动态综合性能,机床横梁必须具有合理的筋板布局和结构特性。建立了横梁振动力学模型,理论计算了横梁最大耦合变形量,在三维设计软件中对机床横梁进行三维建模,并使用Ansys对横梁进行静态、模态分析。文中以机床横梁质量、最大耦合变形、最大耦合应力、一阶固有频率作为评价机床横梁设计优劣的目标函数,以横梁筋板结构、筋板厚度,上导轨支撑筋板倾斜角度作为设计变量进行多目标优化设计。采用正交试验法,设计了3因素4水平的正交试验;运用综合平衡法确定最优水平,从而得出最优的试验方案。结果表明,横梁理论计算变形量与仿真分析值相近,且横梁"井"型筋板结构,筋板厚度25 mm,上导轨支撑筋板倾斜55°设计为最优方案,其中与原设计方案相比质量减轻了473 kg,横梁总形变减少了7.455%,一阶固有频率提高了2.956%。研究证明,采用正交试验法合理设计横梁试验因素与水平,可以以较少的试验次数获得最优的试验结果,说明正交试验法具有较高的工程运用性。     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

龙门导轨磨床横梁的静动态分析及结构改进

为提高龙门导轨磨床中活动横梁的动、静刚度,保证加工精度,利用有限元软件对龙门组件和活动横梁分别进行了静力学分析和模态分析,得到了位移云图及前六阶固有频率和振型。依据王莲叶脉的分布规律及三角稳定原理,对横梁的内部筋板结构进行了改进。有限元分析结果显示:改进后横梁质量减轻了6.83%,关键部位的最大变形量减小了5.85%,固有频率有所提高,横梁基准导轨的位移整体有所下降,验证了改进结构的合理性,为实际工程中横梁结构的设计提供了理论依据。     

龙门机床横梁结构的轻量化设计

横梁是数控机床的关键部件之一,其静动特性的好坏直接关系到加工工件的几何精度和表面质量。其中,横梁自身内部筋板的结构布局对其性能起决定作用,因此,设计布局合理、尺寸最优的筋板非常关键。汉川机床厂在横梁整体尺寸不变的情况下将横梁a"米"字型筋板数从5增加到10得到横梁c,整体性能有较大的改进,但相应横梁的质量也有所增加。通过对横梁c进行有限元分析,得到静态变形参数和前四节模态振型;以横梁质量最小为目标,Y和Z方向变形位移、低阶固有频率为约束进行尺寸优化设计,得到筋板最优尺寸参数。在整体性能较好的情况下,横梁质量减小了5.05%,实现了横梁结构的轻量化设计。     

大型龙门加工中心横梁非变结构多参数轻量化分析

针对某大型龙门加工中心的横梁进行多参数轻量化设计。对横梁结构进行有限元分析得出其初始的受力及变形情况。在保证横梁结构不变的情况下,以横梁的最大变形为约束条件,选择横梁的筋板厚度、出砂孔孔径等7个结构参数作为设计变量,运用实验设计法对横梁进行轻量化设计。得到在横梁结构不变的条件下,7参数联合优化设计的设计变量参考值以及横梁总质量的响应变化值,优化设计的最优结果为横梁变形增加1.81%的同时质量减轻2.97%。     

龙门加工中心横梁结构设计与分析

横梁的静动态特性对工件的几何精度和表面质量有重要影响,为获得具有较好静动态特性的横梁结构,在横梁材料、外部尺寸、壁厚、筋板厚度相同的条件下,仅改变筋板的类型,设计了四种横梁结构;运用有限元分析软件分别对其进行静力学分析和模态分析,得到了四种横梁的最大位移变形量和前六阶模态频率及振型;结果表明:V型结构横梁的总位移变形量最小,为27.6μm,一阶模态频率为102.2Hz,具有较好的静动态特性,是最优设计方案;为横梁的结构设计提供了理论依据。     

龙门加工中心横梁部件的拓扑优化设计与分析

提出一种应用结构拓扑优化方法,对龙门加工中心横梁部件的纵、横截面的筋肋分布形式进行拓扑优化的优化方法.利用优化的截面形状建立横梁的三维模型,并对优化后的横梁部件模型进行动、静态特性的有限元分析.分析结果表明优化后的横梁结构质量减轻6%,最大变形量为原设计的50%,一阶共振频率提高51%.该方法可为大型结构件的优化设计提供有益的借鉴与参考.     

卧式加工中心床身结构特性分析及轻量化设计

以某型卧式加工中心床身为研究对象,利用有限元法对其进行静动态特性分析。为了达到减少质量的目的,以床身的壁厚及筋板的纵向、横向厚度作为设计参数,对其进行正交试验,利用最小二乘法对试验数据进行处理,得到床身的质量、最大变形量、最大应力和前4阶固有频率的响应面模型。然后,以床身质量最小为优化目标,以最大变形量、最大应力和前4阶固有频率保持不变为约束条件,利用逐步二次规划法对目标函数进行求解,完成尺寸的优化。优化结果表明,在床身静动态特性基本不变的情况下,床身质量减少了5.01%。     

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...     

GMCU2060龙门加工中心横梁的结构优化设计

基于HyperMesh平台,采用密度拓扑优化方法,以应变能最小为目标,以体积分数、位移为响应建立结构拓扑优化模型,运用该模型完成GMCU2060龙门加工中心横梁横截面的拓扑优化设计,然后利用尺寸优化方法得到横梁的最优尺寸,建立横梁的三维模型,并对其进行动静态分析.分析结果表明：在最大位移几乎不变的情况下,改进后的横梁质量减少了7.5％,一阶固有频率由104 Hz提高到120Hz,满足设计指标要求.     

GS5200龙门五面加工中心横梁部件动态特性分析

针对GS5200龙门五面加工中心的横梁关键部件,通过建立三维有限元模型,在考虑重力和切削力作用下,计算出横梁部件的静态变形;利用有限元分析软件对该部件进行模态分析和动力响应分析,得到系统固有频率和各阶振型图,并进一步分析了结合面参数变化对横梁滑箱系统整体动态特性的影响,找出影响部件动态性能的薄弱环节.     

龙门式多轴自动锁螺丝设备横梁结构优化

为实现龙门式多轴自动锁螺丝设备横梁的轻量化,结合BP神经网络与粒子群优化算法对其横梁进行结构优化。以横梁质量为目标函数,数个关键尺寸为设计变量,变形量及固有频率为约束条件建立数学模型。利用BP神经网络拟合设计变量与约束变量的映射关系,结合已建立的神经网络模型,应用基于Deb可行性规则改进的粒子群算法,在满足约束要求的条件下,寻求各关键尺寸的最优值。优化结果表明,优化后的横梁质量减少29.61%,实现横梁轻量化。     

高速龙门式加工中心模态分析

建立了高速龙门式加工中心的模态分析有限元模型。通过对该模型模态分析计算,并展开模态实验,分别得到了前四阶固有频率和相应的振型。计算结果与模态实验结果相比较,检验了有限元模态分析与实验模态分析两种方法。     

基于响应面法的数控铣床立柱多目标优化

以提高某型数控铣床立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上。对立柱的主要设计尺寸进行Box-Behnken试验设计,并进行灵敏度分析和建立响应面模型。以立柱的重量、静态最大变形量和第一阶固有频率为优化目标函数,立柱主筋半径、筋板厚度和壁厚为设计变量,对立柱进行多目标优化设计。优化结果表明,采用此方法优化后,立柱的静态最大变形量减小了6.5%,第一阶固有频率提高了14%,重量减小了11.1%,为立柱的优化设计提供了一种新思路。     

采用灰色关联—层次分析法的机床横梁优化设计

机床横梁是机床零部件主要支撑部件,对机床的加工精度影响很大,因此,需要对横梁自身的结构进行优化,以提高机床加工精度。文中首先对原横梁进行仿真分析,并依次分别对横梁薄弱位置的结构、筋板结构、筋板厚度进行了设计与分析,采用灰色关联—层次分析法对不同筋板厚度的横梁进行分析与数据处理,最终获得最优方案。结果表明,横梁"井"型筋板结构设计,上导轨支撑筋板倾斜55°,筋板厚度15mm为最优方案,优化后横梁质量减轻了751kg,形变量减少了3.6%,一阶固有频率增加了3.5%,优化设计效果明显,为机床其它零部件的设计提供了方法参考。     

车铣复合机床立柱结构的多目标优化

以车铣复合机床为研究对象,利用Solidworks建立三维模型,基于吉村允孝法计算出主要结合面参数,利用AN-SYS Workbench建立整机的动力学模型,通过模态分析和谐响应分析确定立柱为影响整机动态性能的关键部件.以立柱的一阶固有频率、质量和静变形量为目标函数,以立柱两侧各筋板厚度为设计变量,利用响应面法对立柱进...     

龙门式机床横梁筋板结构分析与优化

横梁作为龙门式机床的主要支承部件,其性能好坏直接影响机床的使用性能和制造成本,因此,设计合理可靠的横梁结构很有必要。用有限元法对四种筋板的横梁进行了静动态特性分析,得出O字型筋板横梁性能最好;改变O字型横梁中O字个数,对七种不同O字个数的横梁进行静动态特性分析对比,得出O字的个数控制在使O字高宽之比为1时该横梁性能最佳;改变横梁厚度,对十二种不同厚度的横梁进行了模态分析,结果显示,横梁动态性能在一定的范围内可达到最佳状态。