立式加工中心主轴箱结构分析与优化

以某型号立式加工中心主轴箱为研究对象,应用ANSYS Workbench软件对其在典型工况下进行静力学分析与模态分析。根据主轴箱静动态特性分析结果可知,其材料并未得到充分利用,且低阶固有频率还有待提高,需要对其结构进行优化设计。利用ANSYS Workbench中拓扑优化模块对主轴箱结构展开优化分析,结合主轴箱静动态分析结果提出其结构中存在冗余质量的部位,针对实际情况,对主轴箱结构进行合理的改进。改进前后的分析结果对比表明:改进后主轴箱质量减少4.39%,其动静态特性有所提高。     

基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计

以高速立式加工中心主轴箱为研究对象,针对其结构特点,利用ANSYS Workbench平台建立了有限元模型。分析主轴箱的实际工作情况,得到其刚度最差的工况位置,对此位置进行了铣削工况下的静力分析。对主轴箱进行模态分析,提取了前四阶固有频率及振型图。根据静动态特性分析结果对主轴箱进行了多目标多尺寸的优化设计。对优化后的主轴箱进行了静动态特性有限元分析,结果表明优化后的主轴箱静动态特性有显著提高。     

基于拓扑优化的TBT深孔钻床主轴箱轻量化设计

以TBT-ML500深孔钻床主轴箱为研究对象,采用有限元分析结合拓扑优化的方法,在ANSYS平台上对其进行了结构轻量化设计。首先,利用Pro/E软件建立主轴箱初始结构的力学模型并基于ANSYS进行静、动态特性分析;在此基础上,利用变密度法对其进行了拓扑优化,优化目标是在保证主轴箱动、静态性能不降低的前提下,减轻主轴箱的质量;根据优化后的结果结合经验设计方法,对原结构进行了重构设计并进行有限元分析验证。结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了7.11%,质量减小了11.1%,实现了轻量化设计,动态性能也有一定的提高,从而为深孔机床其他关键零部件的结构优化提供了参考。     

DVG850高速立式加工中心主轴箱灵敏度分析

基于Pro/Mechanical,以模态频率为性能指标,对DVG850高速立式加工中心主轴箱进行灵敏度分析,得出各设计变量对主轴箱第一阶固有频率的影响情况,根据主轴箱具体情况对灵敏度分析结果进行评价,为高速立式加工中心主轴箱结构改进或优化设计提供前提依据。     

机床螺栓联接结构的静动态优化设计

综合考虑螺栓联接结构中多种因素对主轴箱静动态性能的影响,完成了螺栓联接结构的优化设计。首先,基于主轴箱的静动态特性,提出主轴箱螺栓联接结构的评价指标,建立螺栓联接结构静态性能评价模型。其次,采用多工况静动态拓扑优化技术确定符合力学特性的螺栓联接布置形式,并构造联接结构参数优化算法,完成主轴箱螺栓联接结构参数的优化。最后,借助ANSYS对比分析优化前后的主轴箱静动态性能,得到优化后的主轴箱结构方案在动态性能不低于原方案的情况下,其误差敏感方向的位移减小了1.9e~(-3)mm和1.5e~(-3)mm。     

基于模态和灵敏度的主轴箱有限元分析与优化设计

以CJK6132数控车床主轴箱箱体作为主要研究对象,利用ANSYS Workbench对主轴箱箱体进行三维实体建模,对主轴箱进行动静态分析。根据有限元分析结果,以主轴箱箱体壁厚作为设计变量,箱体质量、应力、应变、第一阶固有频率作为输出参数,利用设计变量与输出参数之间的灵敏度大小简化需优化的模型,在保证主轴箱动静态特性的基础上以主轴箱质量最小为优化目标,运用多目标多尺寸的优化分析,对主轴箱箱体进行有限元分析及优化设计。根据主轴箱优化结果,综合考虑主轴箱的实际工作情况,修改主轴箱箱体的结构,得到优化后的主轴箱模型结构。结果表明,优化后箱体的结构刚度、强度变化不大,固有频率有所降低,重量减轻了12.54%。     

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%。     

基于有限元的140 kN摩擦焊机主轴箱响应面优化分析

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。     

HDBS-63高速卧式加工中心主轴箱多目标优化设计

以高速卧式加工中心主轴箱为研究对象,利用三维造型软件Pro/E建立了主轴箱的参数化模型.利用有限元软件ANSYS对主轴箱进行了静力分析和模态分析,得到了其变形、固有频率和振型图.根据实验分析的原理和有限元分析结果,选取了9个设计参数和5个目标参数,在保证主轴箱刚度的前提下,对主轴箱进行了多参数多目标的优化设计.优化后的主轴箱重量降低、刚度提高.本文的优化方法为加工中心其他部件的优化设计提供了可借鉴的方法.     

基于ANYSY的高速加工中心主轴箱有限元分析及优化

根据经验和使用比拟的方法,设计了高速立式加工中心四种不同布筋形式的主轴箱模型。因为主轴箱的变形会间接引起刀具位置的偏移,所以在有限元分析时引进一质量点来模拟刀尖的空间位置,这样做更加形象地反应由于主轴箱变形而引起的对加工精度的影响。通过ANSYS有限元分析计算出主轴箱在各个方向上的刚度,通过比较可以得出多网筋主轴箱的刚度较大,也就是此方案较优。此方法为机床主轴箱有限元分析及优化方案选择提供技术依据。     

高速立式加工中心滑座的设计与拓扑优化

使用SolidWorks对滑座的4种方案进行三维建模,采用ANSYS Workbench对各滑座模型进行静刚度分析,确定较优的滑座模型,并运用ANSYS DesignXplorer对其进行优化设计,保证了滑座的静刚度要求,减少了滑座约10%的质量,提高了相关移动部件的运动性能。     

基于iSIGHT的主轴动静态性能优化设计方法

主轴的变形和振动是影响机床加工质量和切削效率的主要因素之一.为提高主轴的静动态性能,提出了一种基于iSIGHT多学科优化集成软件环境的主轴结构优化设计方法和系统仿真流程.利用iSIGHT和APDL构建了一套结构优化集成系统,实现机床主轴的多目标优化设计.针对某型号卧式加工中心的主轴,应用自适应模拟退火算法对其结构参数进行优化.分析结果表明机床主轴动静态性能有一定程度的提高,优化方法是可行有效的.     

基于ANSYS Workbench的球面磨床磨头结构设计方案分析

磨头属于精密数控球面磨床的关键部件,其结构形式会直接影响到磨头动力部件的刚度,从而影响到加工工件的精度及表面质量.针对SMG63H球面磨床磨头结构形式设计的三种方案,运用ANSYS Workbench对磨头动力部件加载工况进行静态特性分析,通过分析不同设计方案的磨头、主轴、主轴箱以及磨头动力部件整体的变形量和应力大小,选出静态特性最优方案.此方法为精密数控球面磨床关键部件有限元分析及设计方案的优化提供技术支持,为改善机床结构性能和提高机床精度奠定了基础.     

HE63卧式加工中心多体动力学仿真分析

基于ANSYS Workbench平台的Rigit Dynamic及Transient structual模块对某企业研发的HE63卧式加工中心进行了多体动力学仿真分析。采用刚柔混合模型分析出机床主轴、导轨面等的振动量、变形量，对比动力学分析和静力学分析的结果差异。结果表明：机床在启动、加减速时的变形和振动较大，主轴存在不平衡量时，主轴旋转对立柱、主轴箱的振动影响较大，机床零部件的振动直接影响到机床的加工精度。     

基于ANSYS Workbench的龙门式折弯机机架模态分析及工作台拓扑优化

为研究龙门式折弯机的静力学性能及其在满载工作时机架的抗振性能,运用ANSYS Workbench对一款龙门式折弯机机架进行有预应力的模态分析,得到静力学分析结果和前6阶固有频率及对应振型。利用拓扑优化,对折弯机工作台进行去除材料的形状优化,根据拓扑优化云图修整形状尺寸,然后在Solid Works中对工作台模型进行重建,将优化后的模型再次导入ANSYS Workbench中进行预应力模态分析,对优化前、后机架的静力学性能和动态特性进行比较和分析。最终,优化后的工作台质量减轻了11.7%,最大等效应力也有所减小,并且,龙门式折弯机的抗振性能不会受到影响,确定了拓扑优化的可行性。     

双气缸自动松拉刀装置电主轴的结构设计及分析

为提高机床加工中心的工作效率,设计了双气缸自动松拉刀装置电主轴,相对于单气缸或油缸的自动松拉刀电主轴系统,该设计更安全可靠且无污染。介绍了双气缸自动松拉刀系统电主轴的基本结构及工作原理,通过ANSYS Workbench分析软件对双气缸电主轴进行有限元仿真分析,并进行试验测试。结果表明:该电主轴松刀力变大,主轴静态刚度满足要求,工作转速远低于其一阶临界转速,前轴承振动速度有效值小于0.6 mm/s、温升小于20℃,证明该电主轴设计合理。     

高速立式加工中心动态特性分析及结构改进

利用ANSYS Workbench软件对高速立式加工中心整机进行模态和谐响应分析,获得了感兴趣频段的固有频率.通过对整机各阶模态振型进行分析,找到了整机结构的薄弱环节,并据此对整机结构进行改进,改进后整机的动态性能明显要优于原整机,为进行机床结构的优化设计指出了改进的方向.     

14t摩擦焊机主轴的多工况静动态特性研究

以自行设计的14 t连续驱动摩擦焊机主轴结构为研究对象,应用有限元分析软件对主轴进行多工况下的静动态相关特性研究。在静态特性方面,运用ANSYS的子模型分析技术研究主轴多工况下的刚度、强度与疲劳等静力学特性。与传统研究方法相比较,该方法提高了求解效率与精度。基于此,对焊机主轴结构设计的合理性进行验证。在动态特性方面,对主轴约束模式下的前6阶固有频率进行计算,与临界转速对比后,验证了主轴设计的安全性。