加工中心床身尺寸元结构方法的优化研究

针对某加工中心床身结构特点及性能要求,采用有限元理论中Block Lanczos法对其进行模态分析,经分析得出一阶模态振型为立柱侧的床身沿Y方向上下摆动;二阶模态振型为沿Z方向前后摆动;三阶模态振型为在XOZ平面内床身整体发生扭曲变形;四阶模态振型为在XOZ平面内床身整体发生扭曲变形。之后对加工中心床身尺寸元结构的优化进行了研究,在床身基本尺寸不变的前提下,以加工中心床身尺寸元结构的固有频率为优化目标,提出了加工中心床身结构的改进方案,并最终通过分析确定了加工中心床身相应元结构的最优方案,即在加工中心床身结构质量减小的情况下,动态性能得到改善,此筋格的元结构尺寸优化是有效的。     

立式加工中心床身结构动态特性有限元分析

以某立式加工中心床身为研究对象,对床身结构动态特性进行了研究。运用ANSYS有限元分析软件对其进行了模态分析,得出床身结构的前8阶模态频率及振型,在此基础上对其进行了谐响应分析,得到床身结构受外界激振力作用下的幅值频率响应曲线。结果表明:床身结构的各阶固有频率均大于机床的工作频率,激振力频率与床身结构的1、4阶固有频率接近时,床身容易发生共振。该床身结构具有较好的动态特性,验证了床身结构设计的合理性,为床身结构的优化设计提供了理论依据。     

机床床身模态分析及结构改进

本文针对MJ-520MC/Y斜床身数控车铣复合加工中心,首先三维实体建模斜床身;其次,计算斜床身载荷参数,运用有限元软件ANSYSWorkbench14.0进行模态分析,得出斜床身前六阶的固有频率和振型,根据模态分析结果优化改进;最后,再次模态分析优化后结构,并进行对比,前三阶的固有频率分别提高15.61%、14.63%和16.07%,有效提高机床稳定性,提高对工件的加工精度,为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础。     

龙门立式加工中心模态分析

针对立式加工中心的特点,设计开发了具有龙门结构的三轴立式加工中心,并提出其扩展为四轴加工中心和五轴加工中心的实施方案。利用有限元的方法,进行了龙门立式加工中心的模态分析,计算了各阶模态和振型。采用力锤对机床样机进行模态试验,测得各阶固有频率和振型等模态参数。采用有限元分析计算和试验测试的方法获得的机床基本振型大致相同,固有频率结果一致性良好,床身及立柱稳定,薄弱点为主轴箱与X轴滑板的连接处。     

高速立式加工中心床身结构动态设计

床身是机床结构的重要组成部分,对机床整机的动态特性具有重要影响.为了提高床身结构的动态特性,建立高速立式加工中心床身的CAD/CAE模型,借助有限单元法,运用灵敏度分析和结构优化的方法,对加工中心床身开展以提高床身的低阶固有频率为目标的动态结构优化设计,得到床身筋板厚度和壁厚的最佳匹配值,使床身前两阶固有频率较优化前的结构分别提高了11.44%和1.69%,床身动态特性得到明显提高.     

BFPC床身工艺孔灵敏度分析及优化

为提高玄武岩纤维树脂混凝土结构的静动态性能,以VMC850B立式加工中心床身为例,基于有限元,采用灵敏度分析和蒙特卡洛法对床身7个工艺孔进行分析.忽略孔的质量影响后,在前3阶加权固有频率提高了1％的同时,其x方向变形减少5％.研究表明:玄武岩纤维树脂混凝土的静态性能不足可以通过合理设计床身孔的大小和位置来提高.     

本期导读

<正>基于固有频率分布的床身优化设计研究在航空航天、船舶制造、精密模具以及汽车工业等制造行业领域里,精密卧式加工中心是关键的加工制造设备。在整个精密卧式加工中心的组成部分中,床身起着支撑和连接工作台、立柱等关键零部件的作用,并与整机性能密切相关,因此有必要对床身进行动态特性分析与结构优化。建立床身简化实体模型,基于HypeMesh进行了网格划分,建立床身的有限元模型,分析计算了床身的前六阶固有频率与振型;根倨正交试验原     

变载荷铣削力影响下的加工中心床身结构优化设计

针对加工中心工作过程中变载荷铣削力对床身结构性能的影响问题,对加工中心床身的材料密度分布以及构成床身的基本结构单元尺寸进行了研究。提出了以床身低阶固有频率和最小柔度为目标,体积分数为约束条件的多目标拓扑优化设计方法;采用折中规划法结合平均频率法,构建了变载荷铣削力影响下的多目标拓扑优化数学模型;依据变密度法拓扑优化指导的材料去除方案,获得了加工中心床身的最佳结构布局;同时结合经过优化的拉丁超立方采样,构造了单元标准二阶响应面,使用多目标遗传算法对床身进行了多目标尺寸优化。研究结果表明:优化后床身固有频率增加16.9%,床身质量减少17.4%,最大变形量降低14.4%,最大应力降低18.8%;该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理,实现了轻量化设计。     

卧式加工中心床身灵敏度分析及优化设计

床身是机床的主要支撑件之一,其动态特性对机床的性能起到关键作用。利用ANSYS Workbench对一种卧式加工中心的床身结构做模态分析,求得床身结构固有频率。计算床身结构各个壁板厚度变化时,质量和固有频率对尺寸的灵敏度,以床身壁板和筋板厚度尺寸作为优化参数,质量为约束条件,前三阶固有频率的加权平均值作为优化目标,建立优化方程。利用MATLAB软件求得优化方程的一组最优值,并通过模态分析对比了优化前后床身的固有频率。结果表明,优化后的床身前三阶固有频率分别提高7.5%、4.2%和5.3%。     

基于固有频率分布的床身优化设计研究

床身是卧式加工中心的主要承载部件,其动态性能对整机动态性能影响显著。建立了床身的简化实体模型,基于Hyper Mesh进行了网格划分,建立床身的有限元模型,分析计算了床身的前六阶固有频率与振型;根据正交试验原则,构建了床身拓扑优化的正交试验表,并以保持床身各阶固有频率分布情况不发生明显变化为前提,进行床身的拓扑优化试验研究,对床身轻量化设计方法进行了探究;最后,根据拓扑优化分析结果,提出了床身的结构优化方案,且结果表明:优化后的床身固有频率分布未发生显著变化,优化后床身质量较优化前减小了3.8%。     

基于有限元分析的数控机床床身结构动态优化设计方法研究

运用结构动态设计原理和有限元法(finite element method)的变量化分析技术,提出一种数控机床床身结构的动态设计方法和流程。结构的固有频率越高,其动、静刚度越好。以一立式加工中心床身为例,先提取床身的典型元结构和框架结构对其进行优化,在此基础上以床身结构固有频率为优化目标,以元结构和框架结构优化结果为依据,提出该床身结构若干改进方案,并对各方案进行比较分析。文中提出的方法可推广到其他结构的动态设计中。     

Z8016深孔钻床床身轻量化研究

以Z8016深孔钻床床身为研究对象,首先利用ANSYS有限元分析软件对原床身结构进行了模态分析,在保证低阶固有频率基本不变的基础上,以降低床身质量为目标对其结构进行了分析和改进,在此基础上,针对优选出的床身结构,以其筋板厚度、壁厚、筋板孔的直径作为设计变量,以一阶固有频率作为约束,采用ANSYS结构优化技术,对其进行了参数优化设计,并对新的床身机构进行了有限元分析。优化后的床身与原床身相比,在保证其具有良好动态刚性的同时,床身的整体质量减少了16.67%,减少材料消耗,降低了成本,实现了轻量化的目的。     

QYJ-5型数控铣床床身的动态特性分析

以QYJ-5型数控铣床床身为研究对象,利用UG NX软件建立三维实体模型。运用有限元理论及有限元分析软件ANSYS Workbench对该型机床床身结构的动态特性进行研究,通过分析得到前六阶固有频率和振型,识别出床身结构的薄弱环节,为床身的下一步优化改进奠定了基础。     

大型数控螺纹磨床床身的模态分析与优化

采用三维设计软件SolidWorks建立某大型螺纹磨床床身的三维模型,并借助有限元软件ANSYS对其结构进行了模态分析,给出床身前三阶固有频率和相应振型,识别了该床身结构的薄弱环节,在此基础上,以床身结构固有频率和设计重量为优化目标,提出该床身结构五种改进方案,并通过对各种方案分析比较确定结构最优方案。优化后的床身与原型相比,重量降低7.84%,前三阶固有频率均有大幅提高,其中第一阶固有频率提高35.46%,实现了床身的动态优化,对大型机床床身的结构优化设计有着较大的借鉴意义。     

iSIGHT联合仿真平台的搭建及加工中心质量分布对整机动特性的影响

加工中心结构件的合理质量分布,对于提升整机动特性有着十分重要的影响。为了研究加工中心结构件质量分布对整机动特性的影响,搭建了基于iSIGHT的CAD/CAE联合仿真平台,驱动Creo调整机床结构件的质量分布,并将调整后的整机三维模型导入到ANSYS中,运用APDL语言进行自动化的有限元分析;然后利用iSIGHT后处理统计分析大量所得仿真数据,归纳总结出加工中心结构件质量分布对整机动特性影响的一般规律。以提高整机前5阶固有频率为优化目标,以机床立柱的静刚度和床身内部结构尺寸为约束条件,得到了较合理的机床结构件质量分布,有效地提升了加工中心整机的动特性。以某800型"框中框"式加工中心为例,调整质量分布后的整机前5阶固有频率都得到了不同程度提高。     

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%。     

基于灵敏度分析的五面加工中心床身结构优化设计

机床床身是机床的重要部件,它起着支撑立柱、工作台等部件的作用,其性能的好坏直接影响到机床的加工精度。在对HX7910五面加工中心床身结构动态优化设计过程中,建立HX7910五面加工中心床身的有限元模型,分析了其前六阶模态。根据分析结果确定筋板为优化对象,采用灵敏度优化法首先对床身内部筋板结构参数进行动态灵敏度分析。在灵敏度分析基础上,进行结构优化设计,得到了较优的结构参数,提高了加工中心床身的动态特性,从而提高床身的性能。     

基于有限元的机床床身辅助支撑布置分析

对HMS63卧式加工中心的三点支撑和多点辅助支撑的布置方式进行研究,运用有限元方法对三种不同辅助支撑的排列方式进行模态分析,得到不同辅助支撑床身的固有频率及其对应的振动模态,选择最优的机床辅助支撑布置。通过对机床样机测试结果,证明了该机床床身辅助支撑布置的合理性和可行性。     

龙门式数控铣床床身动态特性分析

数控铣床床身的动态特性对机床的加工精度有较大影响。本文利用有限元分析方法对某型龙门式数控铣床床身进行动态特性分析,通过建立床身的有限元模型并进行模态分析,获得床身的固有频率和振型,并通过测试实验验证有限元分析方法的合理性,为龙门式数控铣床床身结构改进设计提供了重要的理论依据。     

树脂矿物复合材料磨床床身动态特性的研究

以某磨床床身为研究对象,运用ANSYS有限元软件进行铸铁以及树脂矿物复合材料两种床身的模态分析和模拟计算,分别得到它们的前四阶固有频率和与之相对应的振型,并分析出由树脂矿物复合材料铸造的床身相对于铸铁床身的优点。