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%。     

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。     

立式加工中心主轴箱静动态特性分析及拓扑优化

主轴箱是立式加工中心的重要部件，其静动态特性对加工中心的加工精度以及平稳性有重要影响。以某型号立式加工中心主轴箱为研究对象，应用SolidWorks建立主轴箱的三维模型，利用ANSYS Workbench软件对其在典型工况下进行静动态特性分析。根据主轴箱静动态特性分析结果可对主轴箱结构进行优化设计。利用ANSYS Workbench中拓扑优化模块对主轴箱结构进行拓扑优化，根据拓扑优化结果以及实际工作情况，对主轴箱结构进行合理的改进。对比改进前后的分析结果可知:改进后主轴箱质量减少2.3%、最大等效应力减小3.34%，静刚度得到提高,达到优化目的。该研究结果为其他类型机床主轴箱优化设计提供参考     

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。     

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。     

基于拓扑优化的深孔钻床主轴箱的结构重构

为有效提高深孔钻床关键件的动态性能并减轻其质量,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床主轴箱进行了结构优化设计.利用Pro/E对Z8016主轴箱初始结构进行了三维建模并导入HyperMesh进行模态分析;根据变密度法的基本思想,建立以箱体结构的相对密度为设计变量、以一阶固有频率最大化为目标函数、以体积分数(质量)为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了主轴箱材料的最优分布图;根据优化方案对初始结构进行了重构设计.研究结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了6.71%,质量减少了6.85%,动态特性满足设计要求,从而为深孔加工机床中其他关键部件的结构优化提供了参考.     

多轴联动龙门式加工中心主体结构有限元分析

采用有限元软件SAMCEF Mecano,建立了多轴联动龙门式加工中心主体结构的仿真模型,基于结合面特性参数数据库,采用用户自定义矩阵来处理机床结合部的接触问题,对加工中心进行了静、动态特性分析,得出了加工中心的静刚度、模态振型、动刚度.找出了机床的薄弱环节.通过建立动态的有限元模型,对加工中心进行了动力学分析,得出不同时刻应力变化云图.验证了静、动态特性分析的正确性.这些内容为进一步的研究加工中心的动态特性、结构优化设计以及轻量化设计提供了重要依据.     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

基于粒子群算法的机床支承件不确定性多目标优化

考虑支承件材料密度、弹性模量以及切削载荷的不确定性,提出基于不确定性分析的支承件多目标优化设计方法。以某型号机床主轴箱为例,基于灵敏度分析方法选取对切削点位移和主轴箱重量影响较大的特征尺寸作为优化变量;以支持向量机方法构建切削点位移、主轴箱重量和主轴箱一阶固有频率的近似模型;基于稳健性考虑建立优化问题目标函数,以主轴箱固有频率为约束,利用粒子群算法对此多目标优化问题进行优化。优化结果在满足设定频率要求的前提下,得到切削点位移减小和主轴箱重量减轻的最优解集。     

TH65100主轴箱结构动力学分析及改进设计研究

以卧式加工中心TH65100主轴箱结构作为研究对象,对其进行了动力学性能分析和结构改进设计研究.通过有限元模态分析及谐响应分析,改进结构及经济性分析,本文指出了主轴箱结构存在材料利用不合理和部分结构薄弱等缺陷.针对主轴箱结构缺陷本文提出了两种结构改进方案,通过有限元分析法对改进结构进行验证,得出一方案改善了主轴箱结构,提高了主轴箱的经济性.     

TK6920型数控铣镗床主轴箱的计算机辅助分析及改进设计

文章研究内容针对TK6920型数控铣镗床主轴箱CAD分析及优化,运用solidworks软件建立了三维CAD设计分析模型,并采用ansys有限元软件建立了有限元模型并进行静态刚强度分析.计算分析了主轴箱的应力及应变,在此基础上构建了主体结构的优化计算模型,将主轴箱进行了优化设计,尝试了新的改变约束的方法,与初始设计进行对比分析,为主轴箱的结构设计及改造提供理论依据.     

基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析

在有限元法与热应力学分析基础上,建立数控车床主轴系统的有限元模型,计算主轴系统热特性分析的边界条件.利用有限元分析软件ANSYS Workbench对主轴系统进行热-结构耦合分析,得到主轴系统的温度场分布和热变形,通过实验验证模型的正确性.同时计算不同主轴转速对主轴系统温升及热变形的影响,分析结果为主轴系统的优化设计及误差补偿提供了一定的依据.     

龙门加工中心主轴滑枕结构有限元分析技术研究

龙门加工中心主轴滑枕结构是连接刀具和机床的一个重要部件,其受切削力和受热变形将直接影响刀具的加工精度.通过建立龙门加工中心主轴滑枕结构的有限元分析模型,在计算热源发热量以及主轴滑枕结构热边界条件的基础上,利用ANSYS有限元分析软件在其工作状态下进行切削力变形分析、稳态热变形分析以及热-结构耦合分析.得到了主轴不同转速条件下主轴滑枕结构热态性能及刀盘直径方向变形规律,为该型龙门加工中心主轴滑枕结构优化设计和热变形补偿提供了理论依据.     

TC4钛合金钻削力和钻削温度仿真研究

为了提高TC4钛合金的可钻削性,采用有限元分析软件AdvantEdge建立TC4钛合金铣削加工有限元模型,分析工件和刀具上的温度分布规律,获得了钻削加工过程中钻削参数对钻削力和钻削温度的影响规律。结果表明：钻削TC4钛合金时最高温度出现在切屑上;钻削力随着主轴转速和进给量的增加而增大,随着钻头直径的增大而减小;钻削温度随着主轴转速、进给量和钻头直径的增加而增大。     

基于热设计的立式数控铣床主轴箱多目标设计与研究

主轴箱作为主轴系统不可或缺的一部分,其热误差是影响数控机床加工精度的重要因素之一。以热设计为核心,通过结合田口法和有限元法,对主轴箱进行多目标优化设计与研究。搭建了主轴系统热态特性实验平台,以某机床厂的立式数控铣床为研究对象,获得其主轴系统的温度数据;根据实验测得的数据建立9组主轴箱优化模型;采用有限元法对温度-结构场耦合的9组模型进行仿真分析,得到各组模型的温度场分布云图和热变形分布云图,并进一步获得主轴箱结构优化结果和较优水平的主次因素参数组合。结果表明:对主轴箱热变形影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、肋板宽度A、距离C;对主轴箱质量影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、距离C、肋板宽度A。该研究为降低数控机床研发成本提供了参考。     

高速立式加工中心主轴箱敏感度分析及优化

基于有限元分析方法利用拓扑优化和敏感度分析对主轴箱进行了快速设计及优化。首先,对箱体毛坯进行宏观结构的拓扑优化,结合工艺将结构中所有不需要的材料去除,从而达到结构的合理布局,实现快速设计。其次,对初步建立的主轴箱结构进行敏感度分析,加快有效设计变量的建立。最大程度的提高了箱体的刚度,缩短了产品的设计周期,降低了产品的设计和生产成本。     

高速电主轴单元-主轴箱体结合面模态分析与研究

为准确了解高速电主轴的动态特性、提高加工精度,利用ANSYS Workbench建立基于高速电主轴单元-主轴箱体结合面特性的有限元分析模型,又利用吉村允孝法确定结合面的刚度,而后对其进行模态分析和谐响应分析,得出其固有频率、振型和动刚度。最后采用锤击法试验验证,证明该分析方法的有效性,为产品设计分析提供理论依据。     

永磁同步电主轴电机电磁与控制策略仿真分析

以一种新型卧式永磁同步动静压电主轴为研究对象,对电主轴电机进行电磁及控制策略设计与分析。对电机的主要尺寸和转子、定子等结构的电磁参数进行数值计算,利用ANSYS Maxwell软件对电机进行有限元仿真。针对电机结构特点,设计滑模转速控制/前馈解耦内模-PI电流控制的控制策略。利用MATLAB/Simulink软件搭建永磁同步电机控制系统仿真模型,并进行仿真分析。仿真结果验证了该设计方案的可行性,为电主轴电机及其控制系统的研制提供参考。     

铝合金6061-T6三维铣削加工有限元仿真及实验

为了获得6061-T6铝合金材料在铣削过程中铣削参数对铣刀切削性能的影响,使用有限元软件AdvantEdge建立有限元模型,研究了铣削深度、铣削宽度和主轴转速对切削力及温度的影响。根据仿真结果分析可得,铣削参数对切削力的影响铣削深度﹥铣削宽度﹥主轴转速;对温度的影响铣削宽度﹥铣削深度﹥主轴转速。通过实验对比,发现仿真结果与实验结果误差不超过30%,且切削力的走向基本一致,说明仿真结果是可信的。