立式加工中心滑座结构改进及性能分析

以DVG850高速立式加工中心滑座为研究对象,以轻质多孔结构为基础对原模型进行改进,运用Pro/E造型软件建立滑座的模型,用ANSYS Workbench有限元分析软件对滑座进行静力学分析、模态分析,得出:改进后的轻质多孔结构滑座的静刚度和抗振性能优于原模型,而且还减轻了质量。再通过对轻质多孔结构的滑座进行拓补优化,在满足静刚度和抗振性能的前提下质量进一步减少,与原模型相比质量减少19.08kg。滑座性能提高,同时为滑座及其他类似结构的进一步设计与研究提供了参考依据。     

卧式加工中心滑座的动态特性分析与优化

以某型卧式加工中心工作台滑座为研究对象,建立了滑座有限元模型,利用ANSYS Workbench有限元分析软件,对滑座结构进行了静力分析与振动模态分析,得到滑座前四阶固有频率及模态振型,指出了其结构刚度的薄弱环节,并对此提出有效的解决方案。通过分析表明,优化后的机床滑座具有良好的刚度与动态性能,为滑座及其它类似结构的进一步设计与研究提供了参考依据。     

基于ANSYS Workbench的DVG850滑座的拓扑优化

以DVG850高速立式加工中心的基础件滑座为研究对象,使用SolidWorks进行了三维建模,通过SolidWorks与ANSYS Workbench的嵌套,将三维模型导入有限元软件ANSYS Workbench,对滑座模型进行了静刚度分析,并运用ANSYS DesignXplorer对其进行了优化设计,保证了滑座的静刚度要求,减少了滑座10%的质量,加强了相关移动部件的运动性能。     

基于ANSYS的加工中心滑座拓扑优化设计

分析了TH65100卧式加工中心的前滑座,使用PRO／E软件建立机床前滑座的三维模型。通过PRO／E软件与ANSYS软件的嵌套,将PRO／E软件中的三维实体导进有限元分析软件ANSYS中,利用ANSYS软件的静力分析功能,对进给状态下的滑座做有限元计算,并根据计算结果校核了滑座的静强度。使用ANSYS软件中的拓扑优化模块对滑座结构进行改进。改进后的滑座结构保持了原结构的静强度和刚度,但比原设计方案的用料减少了36．95kg。     

基于ANSYS的加工中心滑座的拓扑优化设计

分析TH65100卧式加工中心的前滑座,使用Pro/E软件建立滑座的三维实体模型,并将其导入ANSYS中,利用ANSYS软件的静力分析功能,对进给状态下的滑座做有限元计算,并根据计算结果校核滑座的静强度.使用ANSYS软件中的拓扑优化模块对滑座结构进行改进.改进后的滑座结构在保持原结构的静强度和刚度的同时比原设计方案的用料减少了36.95kg.     

基于ANSYS的球齿轮磨齿机床滑座结构有限元分析

采用ANSYS有限单元法,建立了球齿轮磨齿机床滑座的实体单元模型,对滑座的结构进行了静力分析与振动模态分析,得到滑座的前六阶固有频率及模态振型,通过分析底板厚度对滑座固有频率的影响,找出影响滑座频率的主要因素,得到合理的滑座结构尺寸。     

数控落地铣镗床滑座的模态分析及优化

车床床身是整台机床的基础和支架,其振动和刚度影响着零件的加工精度。利用SolidWorks建模,并运用ANSYS Workbench进行数控落地铣镗床滑座的前6阶模态分析,得到滑座的固有频率、振型及动态特征;在保证车床静刚度的前提下,提出3种优化方案,对优化前后的模型进行对比分析,找出最优方案,为车床的设计提供新的思路和方法。     

高速立式加工中心主轴箱结构分析及优化

以高速立式加工中心主轴箱为研究对象,为满足高速加工中心整体性能的需要,利用pro/E软件,建立了四种主轴箱结构的三维模型,分别进行了主轴箱的力学分析和静刚度计算,并对最优设计方案进行了合理的结构优化.在满足主轴箱刚度的前提下,减少了重量,降低了成本.为主轴箱动态性能的分析研究奠定了基础,为提高机床性能提供理论依据.     

数控插齿机床身的静动多目标拓扑优化设计

为了提高数控插齿机床身结构静刚度和动态性能,基于SIMP材料插值方法,采用折衷规划法,建立以刚度最大化和低阶模态频率最大化的多目标拓扑优化模型,对数控插齿机床身进行拓扑优化,得到最佳拓扑形式。根据拓扑形式重构床身模型,并对原结构模型和重构模型进行分析,结果表明,经过拓扑的结构能同时满足数控插齿机床身静刚度和振动低阶频率的要求,为数控插齿机床身结构拓扑优化设计提供一种方案。     

重型数控立式车床横梁滑座设计

通过研制横梁滑座阶梯导轨箱形结构和双伺服电动机、双齿轮齿条电气消隙的X轴进给传动结构,大大提高了重型数控立式车床横梁滑座装置的刚度和X轴水平运动的速度、精度。     

润滑油黏度对液体静压导轨性能的影响

为了提高液体静压导轨的性能,采用5种牌号润滑油,定量分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。首先,根据现场工况确定了导轨系统的初始设计参数,计算了不同温度、不同牌号润滑油的动力黏度;接着,基于导轨的力平衡方程及流量方程,建立了导轨系统总功率损失、静态性能、动态性能的线性化数学模型,以总功率损失、承载能力、静刚度、固有频率、调整时间和动刚度作为导轨系统的性能指标;最后,利用MATLAB软件分析了润滑油黏度对导轨性能的影响。研究表明：增大润滑油牌号(VG22→VG100),降低工作温度(60℃→10℃),润滑油黏度增大,导轨系统总功率损失由507.58W (VG22,60℃)降低至33.93W (VG100,10℃),承载能力、静刚度、固有频率恒定不变,调整时间由29.84μs (VG22,60℃)缩短至0.46 μs (VG100,10℃),动刚度由173kN/μm (VG22,60℃)增大至10 369kN/μm (VG100,10℃)。因此,增大润滑油的动力黏度,能降低导轨系统的功率损失,静态性能不受其影响,动态性能大大提高。     

负压吸附式环形气垫导轨的计算方法

根据负压吸附导轨的工作原理,利用流体力学的性质,系统地建立了导轨的承载能力和气膜厚度的数学模型,得出4个结构参数、气源气压与承载能力和气膜厚度的关系。最后通过实验证明了该导轨气膜厚度在1～3μm时,刚度稳定,最大变化量约为10%,且计算刚度与试验刚度的误差小于12%,能够适用于高精密器械的移动元件或承载元件。     

伺服压力机滑块轻量化设计方法

针对传统设计方法难以解决滑块刚度和轻量化之间的矛盾问题,建立起基于BP神经网络和多种群遗传算法的滑块尺寸参数优化设计模型。采用正交试验设计方法安排试验方案,以有限元计算数据作为训练和测试样本,获得了滑块尺寸参数组合对其刚度的高精度映射关系。在保证滑块刚度指标的前提下,以滑块质量最小化为优化目标,并采用遗传算法求解,实现了滑块轻量化设计。     

液体圆柱静压导轨设计参数对其性能的影响

为研究液体圆柱静压导轨的初始参数对导轨性能的影响,以内反馈节流形式的液体圆柱静压导轨为研究对象,列出力平衡方程、流量连续性方程,经推导和线性化处理得到液体圆柱静压导轨的线性化微分方程组,利用Laplace变换得到传递函数,推导出液体圆柱静压导轨的数学模型。从时域、频域内分别分析初始油膜厚度、油液黏度、供油压力对导轨性能的影响。研究表明在低频段减小初始油膜厚度、增大油液黏度和供油压力,在高频段增大初始油膜厚度,可增大导轨动态刚度,提高支承的稳定性,减小导轨间隙相对稳态位移值。在高频段,油液黏度、供油压力对液体圆柱静压导轨的动态性能影响不大。研究工作对液体圆柱静压导轨的设计提供参考价值。     

Dynamic characteristics of a direct-drive air-bearing slide system with squeeze film damping

Direct-drive air-bearing slides have the inherent advantages of high positioning accuracy and smoothness of motion, but due to low damping in the air bearings, they generally lack dynamic stiffness. The rigidity of the drive, both statically and dynamically, can also be low compared to mechanical equivalents. In this paper, the dynamic response of an air-bearing slide fitted with a novel design of oil-lubricated squeeze film damper and driven by a fast-response, high-resolution control system is reported. The results show that the damper produces a substantial improvement in dynamic stiffness and that sufficient drive stiffness can be obtained to enable the slide to be used in some precision-machining applications.     

油膜厚度对闭式液体静压导轨性能的影响

为了研究油膜厚度对静压支承的影响,以闭式液体静压导轨为研究对象,确定了导轨系统的初始参数;基于力平衡方程及流量方程,建立了功率损失、静态性能、动态性能的数学模型;将总功率损失、承载能力和静刚度、固有频率、调整时间和动刚度等参数作为导轨的性能指标,利用MATLAB软件定量分析了油膜厚度对导轨性能的影响。研究结果表明：增大油膜厚度,则液体静压导轨的总功率损失增大,调整时间变长,承载能力不变,静刚度、固有频率及动刚度减小。因此,减小油膜厚度,可降低导轨总功率损失,提高静态性能和动态性能。研究结果为工程实际中闭式液体静压导轨静压油膜的设计提供了理论依据。     

复合节流的静压导轨设计及其稳定性分析

就表面复合节流方式的静压导轨建立一维流动数学模型,从理论上推导出其承载能力与刚度的计算方法。根据气体质量变化连续性特点,建立了表面复合节流方式的静压导轨动态方程,由此对表面复合节流方式的静压导轨进行了稳定性分析,为表面复合节流方式的静压导轨的设计提供了一种理论计算方法。     

纳米级精度的竖直液体静压滑台设计

为了满足航天关键件的加工精度要求,需要设计并制造满足设计要求的纳米级精度的竖直液体静压滑台。本文针对滑台结构、关键部件及公差设计方法展开了研究。首先,根据高精度竖直滑台的设计要求,采用不等流量的滑块结构及控制方法整体设计滑台结构。设计时,将所有液压油管路均设置在滑块中,以减小油压损耗,且使得滑台结构紧凑。接着,为使圆孔加工时圆度误差不受导轨刚度的影响,采用等导轨刚度的设计方法,同时给出了该方法下油膜厚度、刚度、压力的计算方法。文中还证明了上下油腔不等承载面积法能够降低竖直滑台由于倾覆力矩产生的倾角误差,提高导轨运动精度。在此基础上,提出了基于不等流量结构的几何精度设计方法,计算并证明了不等流量的结构和控制方法可以降低导轨和滑块极高的制造等级要求和制造成本。最后,根据上述设计方法设计并制造了数控纳米曲面磨床竖直滑台,并测试了该磨床竖直Z滑台的运动精度。结果显示采用不等流量结构的滑台制造公差要求由IT1降低到IT3。Z滑台精度测试结果为:定位误差为±80nm,重复定位误差为48nm。     

A mechanical structure-based design method and its implementation on a fly-cutting machine tool design

The mechanical structure has a main influence of the machining performance and the servo performance. In this study, a mechanical structure-based design method is presented to design and optimize an ultraprecision fly-cutting machine tool. This method takes full account of the influence of mechanical components on the machining performance and servo performance at the design stage. The effect of the components structure on the roughness of machined surface is discussed, and an optimized structural form of the aerostatic spindle is given. The influence of the mechanical structure on the control system and electronic drives is discussed, and an integrated dynamic design model is built and used to optimize the hydrostatic slide. Furthermore, the impact of mechanical system dynamic performance of the machine tool on the processing topography is analyzed by the finite element model of the machine tool. This method provides a theoretical basis for the design and optimization of mechanical components and machine tools stiffness loop.