卧式加工中心立柱的轻量化设计研究

针对传统机床立柱设计中存在材料浪费、刚度不足与设计周期长等缺陷,以某卧式加工中心立柱为研究对象,运用有限元法对立柱进行静力学和模态分析,研究立柱的薄弱环节;然后利用Hyper Mesh软件,在保证立柱性能的前提下,以质量最小化为目标对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布结果设计了新的立柱结构,通过对新立柱进行有限元分析,结果表明,立柱的质量减轻了7.88%,刚度和固有频率均有不同程度的提高,达到了立柱轻量化设计的目标。     

面向加工中心动态特性的立柱分析及优化设计

针对加工中心机床VMC850B的立柱进行结构优化设计,提出了一种基于神经网络和遗传算法优化的结构设计方法。基于有限元设计方法,建立立柱的三维模型,并运用ANSYS软件对立柱进行静力学分析和模态分析,采用不同的遗传算法优化结果对立柱进行优化设计,对优化结果进行静动态特性分析。结果表明,在保证立柱刚度和稳定性的前提下,优化后立柱的一阶固有频率有不同程度的提高,有效改善了立柱的动态性能,提高了整机的稳定性,为机床的进一步优化提供了有效的理论依据。     

基于有限元分析的单立柱堆垛机结构优化与改进

针对单立柱堆垛机结构受力复杂,刚度要求高等特点,文章运用有限元分析方法对单立柱堆垛机进行建模及静力学分析,并对单立柱堆垛机截面尺寸进行优化设计,使优化后立柱刚度提高40%左右,达到了在安全范围内降低了制造成本,提高了堆垛机的工作性能和使用寿命。     

基于ANSYS的HTM40100动静态特性分析

机床的动静态特性是影响机床性能的重要因素,以HTM40100卧式车铣复合加工中心整机为研究对象,采用有限元分析技术对整机及其床身、立柱、导轨、丝杠、尾台等主要部件进行了静力学分析和模态分析,对比分析了机床三个方向的静刚度,并得到系统前四阶模态的固有频率和阵型,发现立柱是影响整机动静态性能的薄弱环节,为设计人员改进其截面形状和筋型,提高机床的动静态特性提供了理论依据.     

BW60HS卧式加工中心整机模态测试

数控机床整机模态测试是分析机床抗振性、稳定性以及机床结构动力学优化设计的基础,同时也是解决机床振动问题的重要手段之一.在简要介绍数控机床模态测试原理的基础上,对沈阳机床集团BW60HS卧式加工中心的模态及动刚度进行了测试.获得了机床整机的固有频率、模态振型、阻尼比、动刚度等参数.通过测试发现,该机床滑板和立柱沿x方向的振动是该机床的薄弱环节,导致x方向动刚度显著降低.在综合分析的基础上,提出在清板和立柱内增设加强筋的方式来提高的整机系统的动结构性能.文章中的研究可为同类机床结构性能优化分析与实验提供必要的参考.     

微型移动龙门式铣床结构优化设计

针对某微型移动龙门式数控铣床的结构薄弱处,提出一种基于拓扑优化以及正交试验设计方法的整机优化设计方法。首先,建立其本体有限元模型,在具体工况下对其进行了静力学分析,得到了位移、应力云图;通过模态分析,得到其前十阶模态固有频率和主振型。根据有限元分析结果,基于拓扑优化原理,以最小应变能为目标函数,立柱质量为约束条件,对微型铣床立柱进行了优化设计;采用正交试验的方法,以工作台自重下最大位移为优化目标,T形槽大小、槽间距、工作台厚度和工作台支撑面积为设计变量,对工作台进行了优化设计。最后对优化后整机结构进行了有限元仿真,结果表明优化后整机静动态性能有了明显提高。     

大型落地式镗铣床TKS6916整机有限元分析

利用有限元软件建立了大型落地式镗铣床TKS6916整机模型,并对其进行静力和动力分析。静力分析结果显示:机床的变形是由床身自重以及滑座与立柱间联接螺栓的预紧力两个载荷效应叠加而成;机床最大应力值远低于材料的屈服极限,说明机床的材料使用是足够安全的。动力分析结果说明:前5阶模态与立柱和油缸直接相关,在设计中需要加强其刚度;和立柱有关的模态不会随主轴箱位置的变化而变化,而和油缸有关的模态受主轴箱位置的影响较大。     

基于ANSYS的数控铣床立柱性能分析及结构优化

为改善机床的力学性能,提高整机加工精度,以XK714数控铣床立柱结构为研究对象,采用ANSYS Workbench建立其有限元模型进行优化分析。其静力学分析表明立柱结构整体可靠但设计过于保守,谐响应分析发现立柱前两阶固有频率偏低。运用局部灵敏度分析获取影响立柱性能的关键尺寸,并将其作为设计变量,以立柱的质量,前两阶固有频率和最大形变量作为指标进行结构优化。最终,立柱的一二阶固有频率分别提升15.487%和13.643%,最大形变降低2.32%,并且立柱减重达到10.31%。结果表明:该设计方法可以为机床零部件的设计提供借鉴。     

机床模态特性的有限元分析

采用了ANSYS软件对机床模态特性进行了有限元分析。在有限元模型中引入了用户自定义单元来模拟结合面的刚度。重点分析了机床固定立柱和底座结合面的刚度对机床模态的影响，为机床的下一步设计提供了参考。     

基于有限元分析的机床结构优化设计

介绍了对某型号加工中心机床结构的有限元分析。详细分析了整机的前几阶模态。研究后发现由于立柱和支撑板设计的不合理,就会导致机床固有频率较低,振动增大,机床精度下降。针对加工中心机床部件的结构特点,对于立柱,筋板进行结构优选和设计参数优化,并对支撑板采用了拓扑优化和参数优化结合的方法。研究结果表明,通过有限元分析,加工中心机床结构参数得到了较好的优化,从而使整机性能得到了提高。     

机床立柱的粘弹性阻尼控制有限元分析研究

通过建立机床立柱的三维有限元模型，基于大型有限元分析软件ANSYS，应用模态应变能迭代法，分析了粘弹阻尼处理机床立柱结构的动力学特性，并进行了阻尼位置的优化研究，以最小的附加质量获得最佳的振动效果。该方法能够简便有效地应用于实际粘弹性阻尼处理结构的阻尼预测和优化，对阻尼工程应用具有较大的理论和应用价值。     

滚齿机主轴-立柱动态特性分析

针对滚齿加工切削力大,对主轴-立柱刚度要求高的特点,以一台小模数滚齿机为对象,在考虑结合面刚度特性的基础上建立了其主轴-立柱有限元模型,并对主轴、立柱及主轴-立柱系统进行了模态分析和谐响应分析。分析结果表明:该机床整体刚度良好,能满足齿轮加工的需要,但主轴、导轨和滚珠丝杠为其刚度薄弱环节,低频时主要表现为主轴振动,高频时主要为导轨和丝杠振动并会引起立柱振动频率的降低,且主轴-立柱系统的整体性能在很大程度上受到结合面动力学特性的影响;此外法向切削力也是引起滚刀主轴变形的重要因素。     

微型移动龙门式铣床本体静动态特性分析

机床有限元分析可以准确预测机床的性能,缩短机床研发周期,且龙门式铣床具有行程大、占地面积小等优点,因此龙门铣床的结构设计受到了广泛关注。以微型移动龙门式铣床为研究对象,建立了其本体结构有限元模型,在具体工况下对其进行静力学分析,得到了其应力、位移云图和静刚度;通过模态分析,得到其前十阶模态固有频率和主振型。找到了机床的薄弱环节,为该铣床结构优化提供了依据。     

复合加工机床立柱动态特性分析及优化

在采用UG对机床立柱进行参数化建模的基础上,使用ANSYS的Workbench模块对立柱进行模态分析,发现立柱一阶模态频率较低。然后通过对立柱尺寸参数进行灵敏度分析,得到对立柱一阶模态频率和质量影响较大的尺寸参数,并通过改变这些参数获得不同尺寸下立柱的特性。以此建立神经网络模型,得到立柱尺寸与其一阶模态频率和质量的对应关系。再使用遗传算法以不同的优化目标进行优化,并比较结果。最后得到合适的优化方案。     

双立柱龙门数控加工中心焊接横梁力学特性分析

采用ANSYS workbench对双立柱龙门加工中心横梁的铸造结构和焊接结构进行了静力学分析和模态分析,比较了两种结构的优缺点。结果表明,通过合理设置焊接结构横梁内部筋板,使横梁重量减轻10%,并显著提高龙门加工中心焊接结构横梁刚度,同时有效避免了薄钢板封闭框架结构易产生的薄壁颤振现象,为机床的小批量个性定制化制造提供了新思路。     

基于遗传算法精密机床立柱的多目标优化

立柱是机床的核心部件之一,其动态特性是决定超精密机床加工精度的重要因素之一。以精密光纤微V沟磨床的立柱结构作为研究对象,通过仿真实验的方法给立柱的刀具磨削点上施加谐响应力,获得立柱在0～175 Hz下的动态响应参数。综合利用中心复合实验设计、响应曲面法、多目标遗传算法对立柱结构的最大谐响应振幅、立柱的质量及一阶固有频率为目标变量进行多目标优化,获得立柱设计变量的Pareto解。结果表明：经过多目标优化设计后,立柱质量没有增加的前提下,立柱的最大响应振幅大大降低,从而提高立柱的动态刚度和机床的加工精度。     

五轴数控刀具磨床有限元分析及结构优化北大核心

在考虑重力对机床加工精度影响的前提下,以特定构型五轴数控刀具磨床为研究对象,通过对其结构进行有限元分析,发现由于X溜板、Z溜板以及立柱设计的不合理,导致机床在竖直方向存在较大静变形,严重降低了机床加工精度。针对上述零件的不合理设计,将其分别作为优化对象,基于Topology Optimization拓扑优化、形貌优化以及尺寸优化方法,最终确定了X溜板、Z溜板以及立柱的优化结构及关键尺寸参数。优化结果表明,在保证机床静刚度不降低的前提下,整机质量减轻157.6 kg,同时优化后的机床在竖直方向最大静变形为-0.019 7 mm,相较于优化前减少11.66%。最后对优化前后机床的竖直方向定位精度及加工精度进行实验测量,结果表明,与优化前机床相比,优化后机床的竖直方向定位精度及加工精度分别提升约8.85%、5.9%。验证了所优化结构的有效性,从而使整机性能得到了一定提高。     

某机床计算模态分析及其实验验证

为了优化机床的动态性能,进一步提高机床的加工精度和加工效率,分别利用计算模态分析方法和实验模态分析的方法对一数控机床的动态特性进行了研究。得到了该机床的前三阶模态的固有频率,阻尼比和振型。通过对计算和实验结果的对比分析发现前三阶固有频率误差分别为8.7%,9.8%和8.1%,阻尼比误差分别为18%,9.3%和17%,模态振型基本一致。发现在低阶时计算模态分析准确度较高,该机床的薄弱环节为其立柱。提出的方法和得到的结论可应用于机床动态特性的设计与研究中。     

3-TPT型并联机床静力学及刚度研究

以一种3-TPT并联机床为研究对象,研究该机床在承受静态外力负载时静力学问题及运动平台的刚度问题.首先利用虚功原理建立了并联机床的静力学正解方程,然后推导出该并联机床的柔度矩阵,在此基础上利用Matlab软件对该机床的静力学及刚度进行了研究,仿真出了该三杆并联机床的运动平台静力学特性及其刚度的变化曲线.研究结果表明:驱动杆所承受的最大载荷不超过运动平台负载的2.5倍,且随着运动平台远离Z轴,其Z方向刚度变化较其他方向尤为明显.这一分析为并联机床的结构优化设计和动力学研究提供了理论基础.     

立式加工中心动力学分析及结构优化研究

研究了通过机床的动态特性分析进行结构优化的方法,提出了一种新的优化设计方案。针对对机床整机模态特性和谐响应特性,在有限元分析软件中对机床动态性能进行了仿真。分析结果表明,主轴箱和立柱为机床敏感部位,因此使用有限元分析软件对主轴箱进行拓扑优化,并且为立柱增加筋板。根据优化结果重新设计机床主轴箱和立柱结构,将优化后与未优化的机床的分析结果进行对比,结果表明机床的动态性能得到明显改善,主轴箱各阶固有频率提高10%左右,机床整机固有频率提高4%左右,x方向上的响应峰值减少约2%。