基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计

以高速立式加工中心主轴箱为研究对象,针对其结构特点,利用ANSYS Workbench平台建立了有限元模型。分析主轴箱的实际工作情况,得到其刚度最差的工况位置,对此位置进行了铣削工况下的静力分析。对主轴箱进行模态分析,提取了前四阶固有频率及振型图。根据静动态特性分析结果对主轴箱进行了多目标多尺寸的优化设计。对优化后的主轴箱进行了静动态特性有限元分析,结果表明优化后的主轴箱静动态特性有显著提高。     

某型立式加工中心结构动态特性研究

以某型立式加工中心为研究对象,首先进行实物建模并做必要的简化,将其转化为结构力学模型,并进行模态分析,得到了立式加工中心的振型和固有频率等动态特性;分析了主轴箱处在立柱不同位置对立式加工中心固有频率的影响;通过谐响应分析可知,立柱和主轴箱的结构对立式加工中心的模态影响最大;最后进行了试验模态,通过对比有限元和试验模态结果,验证了试验结果的可信性和有限元模型的准确性。在误差允许的范围内,有限元分析结果可以作为加工中心振动特性分析的参考依据,该方法对加工中心的设计优化及相关测试工作具有重要的参考价值。     

OP—3型自动更换主轴箱组合机床

三菱重工业株式会社试制了一台OP—3型自动更换主轴箱组合机床(图1)。该机床用于加工推土机转向系统离合器壳体。 机床采用卧式的配置方案,六个主轴箱贮存在椭圆形环架中。机床采用了刚性较好的专用机械动力头,进给系统采用了滚珠丝杠,并从主轴传动系统中获得进给运动。因此可以进行螺孔加工。主轴箱7(图2)的尺寸约1米×1米,以四个支承块5的小平面和动力头接触,用两个φ60毫米伸缩式定位销进行定位,用四个夹紧油缸4通过Г形压板6夹紧。据称主轴箱重复定位精度可达0.01毫米。六个主轴箱共有主轴346根。为了提高加工精度,据介绍主轴箱的镗孔位置精度都控制在±5微米之内。     

数控铣齿机主轴箱箱体振动模态及试验分析

文章以数控高速铣齿机为研究对象,针对主轴箱动态特性进行研究。采用Pro/E软件建立主轴箱箱体三维实体模型,运用有限元分析软件ABAQUS对主轴箱进行仿真分析,获得主轴箱自由模态的固有频率和相应振型。利用LMS模态实验系统中的Impact Testing模块测试得出模态试验结果与计算结果基本一致,说明了主轴箱振动模态分析方法的可行性,为其动态响应分析提供可靠的依据。     

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%。     

基于ABAQUS的三轴立式镗铣加工中心动态特性分析

以辛辛那提750为例,研究三轴立式镗铣加工中心的动态特性,根据有限元模型分析方法建立模型后进行模态特性分析机床各阶振动模态的特点,找到了机床结构上薄弱环节;在此薄弱环节上选取一点进行谐响应分析,计算出机床上最大激振力误差以及相应的特征频率。结果表明:机床结构的主轴箱位移量较大,激振力频率与机床结构第十阶固有频率接近时容易发生共振。     

基于拓扑优化的深孔钻床主轴箱的结构重构

为有效提高深孔钻床关键件的动态性能并减轻其质量,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床主轴箱进行了结构优化设计.利用Pro/E对Z8016主轴箱初始结构进行了三维建模并导入HyperMesh进行模态分析;根据变密度法的基本思想,建立以箱体结构的相对密度为设计变量、以一阶固有频率最大化为目标函数、以体积分数(质量)为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了主轴箱材料的最优分布图;根据优化方案对初始结构进行了重构设计.研究结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了6.71%,质量减少了6.85%,动态特性满足设计要求,从而为深孔加工机床中其他关键部件的结构优化提供了参考.     

应用均衡凝固理论改进前立柱的铸造工艺

前立柱是铣镗机床的主要关键件之一。主轴箱在其导轨上运行，要求前立柱与铣镗底座要有可靠的结合性、稳定性。能保证前立柱具备这种条件的部位是法兰盘。因此，此部位决不允许有缩松、抽缩等铸造缺陷。     

基于ANSYS的多功能车床动力刀塔立柱结构的优化设计

应用ANSYS优化设计模块的一阶优化方法,对多功能车床动力刀塔立柱的壁厚和筋板结构参数进行了优化。在相同载荷条件下,对优化前和优化后的模型进行静力分析和模态分析,结果显示,其静动态特性与优化之前相比变化不大,优化后的立柱体积与原有模型的体积相比有了明显减小。     

考虑结合面影响的立柱-滑座动态性能分析

立柱作为机床的重要组件，直接影响机床的加工精度。由于立柱与滑座间的结合面对结构的动态性能有重要影响，该研究以静力分析所得接触面节点压力为桥梁结合分形理论模型与APDL有限元分析软件对立柱-滑座系统进行模态分析，获得系统考虑结合面时的系统固有频率及相应振型，以完成立柱-滑座系统动态性能分析，从而为结构的设计优化提供理论基础。