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。     

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%。     

龙门加工中心横梁轻量化设计

机床横梁的静动态性能对机床的加工精度影响很大,因此需要对横梁进行优化设计以提高其静动态性能。对原横梁进行有限元分析,并对横梁筋板结构、横梁支撑导轨面结构进行了优化设计。对比优化前后横梁的静力学特性和模态特性,优化后的横梁在最大应力和一阶固有频率基本不变的情况下,其中质量减轻最为明显,减轻了499 kg,最大变形量减少了7.84%,轻量化效果明显,提高了横梁性能。     

基于ANSYS的定梁龙门机床横梁静力学特性分析及结构优化

横梁是龙门机床的主要承力部件,其结构和静、动态力学特性直接影响机床的加工精度。为分析其结构设计是否满足机床的精度要求,以及筋板结构和布局形式对其静态特性的影响,文中应用有限元分析方法,针对某型定梁龙门机床横梁进行静力学特性分析,计算了其最大静变形和最大静应力,分析了结构设计上的薄弱环节,然后对其内部筋板的结构和布局形式进行了优化设计和分析对比。结果表明,优化后横梁的静刚度提高了12.89%,最大静应力降低了18.01%,显著改善了横梁的静力学特性。     

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。     

龙门磨床的横梁设计研究

龙门机床横梁是机床的重要组成部分之一,横梁上的导轨与横梁一般均采用一体化铸造成型。横梁的变形对横梁导轨的精度有较大影响。不同的横梁筋板布局形式影响横梁的变形也不尽相同,设计过程中合理布置横梁筋板能够很好的减小横梁的挠曲变形,从而保证机床的加工精度。用有限元分析方法对横梁进行了分析,对筋板布局进行优化验证。     

带锯机架整体的筋板结构设计与优化

为减小木工带锯机床整体振动,提高加工精度,降低整体质量,对筋板结构建立系统振动数学模型,根据运动微分方程对筋板结构单元进行动态性能和载荷分析,得出最适合该机床的筋板结构类型,并采用三维建模软件对机床机架进行参数化建模。根据实际工况,采用ANSYS对机架整体进行有限元静力学分析。基于静力学仿真结果,采用拓扑优化方法对机架进行轻量化设计,并对机架尺寸提出修改和优化方案。研究结果表明,井字形筋板结构和T字形筋板结构为该机架的最优筋板结构单元,且满足刚度和强度要求;通过轻量化设计使机床整体质量下降16.9%,实现轻量化目标。     

采用灰色理论和组合赋权法的机床立柱设计与研究

为提高机床立柱静动态性能,对机床立柱筋板结构进行设计,初步筛选出4种优选结构,然后以机床立柱筋板结构,筋板厚度、立柱起吊孔内径为试验因素,以立柱质量、最大耦合变形量、一阶固有频率、最大耦合应力为评估指标,设计了3因素4水平的正交试验。采用灰色关联法和组合赋权法处理有限元仿真数据,综合考虑主观因素与客观因素的影响,得到优化设计的最优参数组合。结果表明,立柱"十"型筋板结构,筋板厚20 mm,起吊孔内径180 mm是最佳参数组合,优化后,在最大耦合变形基本不变的情况下,立柱质量减轻了503 kg,最大耦合应力降低了6%,一阶固有频率也有所增加,轻量化效果显著,拓展了正交试验、组合赋权和灰色关联法的应用范围,为其它机床零部件的设计提供了有益的方法参考。     

基于ANSYS Workbench的龙门式加工中心横梁的轻量化设计

用Solid Works三维软件建立龙门式加工中心横梁结构的立体几何模型,其中横梁内部的筋板布置采用"O"型筋板,按照分析方案的设计,将三维模型导入到ANSYS Workbench中进行静力学分析以及模态分析,分别得到其静变形参数和前六阶模态振型;通过灵敏度分析得出最终设计变量,就是以横梁上下左右壁厚、中间O型筋板、后壁筋板、两边O型筋板厚度为设计输入变量;以横梁质量、横梁总变形、横梁一阶固有频率为设计输出变量,得到筋板最优尺寸参数。使其横梁结构总变形减少16.02%,1阶固有频率提高2.94%,质量减少129.9 kg,占比8.3%,实现了龙门式加工中心横梁结构的轻量化设计。     

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。