第十一讲 数控铣削编程相关知识概述

数控铣床不但可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外型轮廓铣削和三维复杂型面铣削,还可以进行钻削、镗削和螺纹切削加工.加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上发展起来的.     

基于ANSYS WORKBENCH某型数控铣床工作台静模态分析

利用ANSYS WORKBENCH软件对某型数控铣床工作台进行静刚度分析和模态分析,验证工作台在最大受力工况下的总体形变量、弹性形变量和固有频率、最大振幅、振型,借此判断工作台设计的合理性。     

数控铣削加工讲座——第十一讲 数控铣削编程相关知识概述

数控铣床不但可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外型轮廓铣削和三维复杂型面铣削，还可以进行钻削、镗削和螺纹切削加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上发展起来的。     

SiC_p/Al复合材料薄壁件钻削加工变形有限元仿真研究

基于ABAQUS有限元仿真软件建立体积分数为56%的SiC_p/Al复合材料钻削三维模型,研究分析了在两种不同工件约束方式下钻削加工薄壁件过程中工件的变形规律及特点,同时研究了切削参数对薄壁钻孔时工件变形量的影响规律。结果表明:随着钻削速度和进给量的增加,钻孔中心位置处(钻头横刃钻削至工件下表面)的最大变形量随之增加,进给量对钻孔件中心位置处最大变形量的影响较为显著;薄壁件残余变形量随着进给量的增大而增加,钻削速度对薄壁件残余变形量的影响较小。     

基于响应面法的动力电池包箱体轻量化优化设计

为了满足电动汽车电池包箱体高强度、轻量化的设计要求,提出了一种基于数值优化与有限元仿真相结合的动力电池包箱体轻量化设计方法。以电池包箱体各部件的厚度为设计变量,箱体质量最小化为优化目标,三种典型路面工况下箱体的最大等效应力、最大变形量和箱体结构的第2阶约束模态频率为约束条件,建立了箱体轻量化优化数学模型。利用Box-Behnken试验设计获得了5个设计变量3个水平的数值模拟试验组合,采用多元回归分析和帕累托方差分析拟合得到了多项式响应面近似模型,并引入到轻量化优化数学模型中进行了迭代优化,结果表明:优化方案的电池包箱体质量比原方案减少了7.4%,典型路面工况下最大等效应力降低了18.6%、最大变形量减小了22.5%,箱体结构的第2阶约束模态频率提高了14.8%。     

数控铣床主轴系统动态特性研究

针对数控铣床主轴系统是在变化复杂的、非简谐力的激励下振动,而与该振动特性密切相关的主轴滚动轴承的刚度又不是一个定值,而是载荷的函数的特点,以某数控铣床主轴系统为研究对象,基于瞬态响应特性分析理论及轴承动刚度理论,借助于有限元分析软件ANSYS建立主轴系统的有限元模型,进行模态分析。利用数据表进行加载,并就铣削特定工况下进行瞬态响应分析。得出主轴系统的较低阶固有频率、振型、最大综合变形以及主轴系统的模态不是常量,主轴系统的设计计算应以滚动轴承的动刚度和主轴系统的动模态为依据的结论。     

浅孔钻钻削过程中的有限元动态仿真

基于Deform 3D有限元软件平台,采用数值仿真技术,建立了浅孔钻钻削加工45钢的有限元模型。动态模拟了浅孔钻钻削过程,获得了浅孔钻钻削加工过程中变形工件的等效应力和温度,分析预测了加工过程中硬质合金刀具所受的主切削力、径向力以及两刀片所受的扭矩及评估刀片的磨损情况。     

基于ANSYS的铣床工作台动态特性分析

基于ANSYS软件建立了数控铣床工作台的三维有限元模型,对工作台进行了无预紧力和有预紧力情况下的模态分析,分别得出了工作台前4阶的固有频率和振型。分析结果为评定数控铣床工作台的动态特性提供了依据,也为对铣床进行进一步动力学分析打下了理论基础。     

汽轮机盘车底座基准面铣削变形的仿真分析与研究

基于盘车底座基准面的铣削工序,建立了装夹和加工受力模型,计算了铣削力值。采用了有限元仿真方法,分别建立了装夹仿真模型和加工仿真模型,对基准面的受力变形进行了仿真分析。采用了工艺试验方法,对相同工况下的仿真结果进行了验证。分析表明:装夹时,千斤顶的使用可以有效减小重力对盘车底座变形的影响,千斤顶在位置③处施加4 000 N力(图6),变形量最大减小85%;仿真中基准面最大变形值为0.010 915 mm;试验中基准面的最大变形量为0.02 mm,均小于基准面平行度要求0.04 mm。     

片基带指形接头数控冲床的有限元分析与优化

为了验证片基带指形接头数控冲床床身的刚度是否满足设计要求,建立了床身有限元模型,运用ANSYS软件对其进行了有限元分析与计算,研究了其在公称载荷下床身的变形与应力分布情况;根据静态分析结果,对床身进行了结构改进,通过分析得到了一个最优的结构改进方案;在此基础上,进一步对支承件的截面尺寸进行优化,得到了一个满意的结果。研究结果表明,优化后床身上梁变形量降低了24.1%,下梁变形量降低了30.1%,有效地提高了床身刚性,达到了设计要求。     

基于Workbench的盾构机刀盘强度分析

根据盾构机刀盘受力特点,利用有限元分析软件对不同工况下改造前与改造后的刀盘等效应力及等效变形进行仿真分析,根据仿真结果,在不同工况下,改造前与改造后刀盘最大等效应力均出现在刀盘支撑与刀盘面板焊接位置,在额定转矩下刀盘改造后等效应力增加了40 MPa,增加率为16%,等效变形增加了1.33 mm,增加率为27.1%;在脱困转矩下等效应力增加了35 MPa,增加率为13%,等效变形增加了1.36 mm,增加率为26.1%;根据仿真结果,刀盘扩径改造后强度及刚度均满足使用要求。     

某柴油机连杆疲劳强度分析和结构优化

应用有限元分析软件ANSYS Workbench 14.0对某柴油机连杆的预紧工况、受拉工况和受压工况进行了有限元分析,得到了各工况下连杆的应力分布,并进一步对连杆的疲劳强度进行了分析。根据分析结果,对连杆小头油孔位置进行了改进;确定了设计变量为连杆小头与杆身的过渡圆角和靠近连杆小头横截面内的倒角,约束连杆的质量,以连杆等效应力最小为优化目标,进行优化分析。优化后的连杆无论在最大拉伸工况,还是在最大压缩工况,最大等效应力均有所降低,疲劳安全系数提高了5%,质量减少了2.8%,满足设计要求。     

6自由度模块化机械臂有限元分析及优化

针对6自由度模块化机械臂的有限元分析,对其结构进行必要的优化改进.首先根据实体模型在Solidworks中建立三维模型,采用DH法建立各连杆坐标系,得出手臂DH参数表;再将导入到Workbench中的三维模型进行有限元分析,根据有限元分析结果找出机械臂相对薄弱处,对此部分改进优化.优化后,薄弱处最大等效应力下降,机械臂的最大位移量减小,最大等效应力、应变对比改进前下降,提高了机械臂的整体特性以及机械臂的定位精度.     

电阻点焊离心泵叶轮有限元分析

为准确计算电阻点焊叶轮在流场中的应力及变形情况,借助CAE多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,采用单向流固耦合方法对电阻点焊叶轮进行有限元分析。首先对叶轮有限元模型的网格无关性进行分析,在此基础上,计算了叶轮在设计工况下的等效应力及变形情况,并分析了叶轮最大等效应力及最大总变形随流量的变化情况。计算结果为电阻点焊叶轮结构设计及优化提供有效依据。     

碳效率目标下的铣削切削参数优化研究

为了提高数控铣削加工过程的能量利用率,降低铣削加工过程中的碳排放量,基于铣削加工能耗分析的基础,建立了数控铣床能耗模型,并基于铣削工艺输入输出特性提出了铣削工艺碳排放评估函数,结合材料去除率提出碳效率概念,以此作为优化目标,并以机床主轴转速和进给量作为优化变量,考虑机床各项性能参数和工件的加工质量等约束,建立了基于碳效率的数控铣削切削参数优化模型,并通过案例,采用遗传算法对模型进行优化求解,验证了该模型的有效性。     

全断面硬岩掘进机刀盘结构改进设计

刀盘是全断面硬岩掘进机(简称TBM)的核心工作部件,其结构设计对TBM掘进性能有很大影响。以辽西北供水项目的 TBM刀盘为研究对象,建立等效刀盘几何模型和有限元模型,依据典型载荷工况在刀座上施加滚刀额定三向载荷,分析不同载荷工况下结构应力及变形分布情况,发现在法兰与支撑筋的焊接部位出现刀盘最大应力(146MPa),支撑筋与法兰连接处应力存在大幅度的突变,这与该焊接面积过小有关,故增加法兰与联接筋的焊接面积,提出刀盘结构改进方案,改进后结构最大等效应力降低56%,改进效果明显,为TBM刀盘的结构设计提供参考依据。     

基于CATIA与ANSYS的汽车驱动桥壳有限元分析

利用CATIA软件建立某重型货车驱动桥壳三维模型,通过运用ANSYS软件对驱动桥壳在3种工况下进行等效应力和变形的静态有限元分析。仿真分析后得到驱动桥壳在3种工况下的等效应力和变形规律,通过计算得知驱动桥的强度和刚度均满足要求。本文得出的规律为企业对驱动桥壳的改进和新产品开发提供理论依据。     

微型电动汽车车身结构改进及动态试验分析

为了降低车身振动,以某微型电动汽车车身为研究对象,利用有限元软件对其进行静态分析,根据变形和应力分布情况进行结构改进,并对改进后的车身进行模态分析,提取前6阶固有频率和振型并进行试验验证。结果表明:改进后的车身满载左前轮悬空工况最大变形降低了79.75%,最大等效应力降低了48.64%;对角两轮悬空工况最大变形降低了76.30%,最大等效应力降低了55.63%;车身的固有振型以顶棚振动为主,第1阶模态频率为7.803 2Hz。     

数控龙门铣床整体静力学分析及模态分析

利用有限元软件ANSYS建立某型数控龙门铣床的三维有限元模型,结合工程实际情况,以龙门铣床的极限工况为条件,进行静力学分析,得出龙门铣床的应力和位移分布云图;在其三维实体模型的基础上建立了该龙门铣床模态分析的有限元模型,通过对模型的求解得出前五阶固有振动频率和振型。所得结论为龙门铣床的结构设计和改型提供了重要的理论依据。     

基于CAD/CAE技术的车床小刀架加工工艺装备设计

车床小刀架加工精度要求高,利用CAD/CAE技术可以快速有效提高加工工艺装备设计过程,通过运用Solid Works创建镗削、铣削加工工艺装备三维模型,并进行可行性分析,为装备制造加工提供可靠依据。通过利用Ansys创建镗削和铣削加工工艺装备有限元分析模型,获得应力与变形分布。结果表明模型达到了设计要求,此工装稳定、可靠。