高速加工中心立柱结构的拓扑优化

基于连续体ICM拓扑优化方法，提出了以体积为约束条件，机床的固有频率为目标函数的结构动态设计方法。为提高拓扑优化的精度，在结构优化过程中，同时也考虑了非设计区域的动态特性。将该方法应用到XH6650高速加工中心的立柱结构优化中，从而提高了机床的整机动态特性。     

拓扑优化在XH786A机床立柱结构优化中的应用

立柱作为XH786A高速加工中心的主要零件,其结构设计影响着机床的动态特性.依据连续体拓扑优化理论,提出了以体积为约束条件,机床的前三阶固有频率为目标函数,考虑非设计区域的拓扑优化方法.运用该方法对立柱结构进行优化,比较结果其动、静态特性有较大提高.表明拓扑优化结果具有理论指导意义,为后续详细的设计提供理论依据.     

立式铣削加工中心立柱结构的拓扑优化

应用Pro/E建立XH715立式铣削加工中心的整机模型,并引用分析软件ANSYS进行动态分析,找出其薄弱环节,利用优化软件HyperMesh对薄弱环节进行优化设计,将得到的优化结果与优化前相比较,表明拓扑优化结果具有理论指导意义,为后续详细的设计提供理论依据.     

立式铣削加工中心立柱结构的拓扑优化

应用Pro/E建立XH715立式铣削加工中心的整机模型,并引用分析软件ANSYS进行动态分析,找出其薄弱环节,利用优化软件HyperMesh对薄弱环节进行优化设计,将得到的优化结果与优化前相比较,表明拓扑优化结果具有理论指导意义,为后续详细的设计提供理论依据.     

XH786A立式加工中心立柱结构拓扑优化设计

基于Hypermesh平台,采用连续体独立、连续、映射(ICM)拓扑优化方法,以模态频率为目标建立结构拓扑优化模型,完成了XH786A立式加工中心立柱结构拓扑优化设计。设计结构动、静态性能有较大的改善,为后续的整机优化和详细设计提供了理论指导和设计原型。     

基于相对密度机床立柱结构的动力学拓扑优化

构造了基于相对密度法的连续体结构动力学拓扑优化设计数学模型,以结构的相对密度为设计变量,结构基频最大化为目标函数,满足结构工况和相对体积比为约束条件,采用启发式优化准则法进行迭代求解;基于该方法和等效质量块对机床立柱结构进行了动力学拓扑优化设计,再对优化后整机进行了动力学仿真.仿真结果表明,该优化设计模型可大大提高机床整机的动、静态特性,同时也验证了所提出的设计模型及优化准则的合理性和有效性.     

龙门导轨磨床立柱的多目标拓扑优化

以多工况下的应变能和结构振动固有频率为优化目标函数,对龙门导轨磨床立柱进行多目标拓扑优化。将质量小于1.3t做为约束函数,得到最佳质量分布云图,根据质量分布云图重新对立柱部件进行结构设计,再对新立柱做进一步的多目标参数优化,采用同样的约束函数和目标函数完成尺寸优化。优化结果表明,质量减少18%,最大总位移减少6.7%,第一阶固有频率提高11%。实现了在减少材料使用的情况下提高立柱动静态特性的轻量化设计目标。     

加工中心立柱多目标拓扑优化

利用ANSYS建立某型加工中心立柱的有限元模型,以立柱的极限工况为条件,进行有限元静力分析和模态分析,从而对立柱的动静态特性进行分析;利用功效函数法对各优化目标进行折衷处理,建立静刚度和前两阶固有频率最大化的多目标拓扑优化数学模型,并利用ANSYS对立柱进行多目标拓扑优化分析,依据分析得到的立柱密度云图和立柱设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证表明:改进后的立柱质量有所减小,动静态特性也得到显著改善。     

非设计集合的高速立式数控加工中心立柱的拓扑优化

基于连续体ICM拓扑优化方法,笔者提出了不在体积约束下的多阶频率加权和为目标函数,考虑非设计集合的拓扑优化方法。在CAD/CAE设计系统中,针对高速立式加工中心的动态特点,确定加工中心的关键结构件立柱为优化对象,并考虑其它重要零件影响。根据此方法设计的高速立式加工中心立柱,使得整机动态特性有很大提高。     

高速立式加工中心主轴箱结构设计及分析

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4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、热刚度计算,并对4种方案中最优的设计方案进行了合理的结构优化。分析结果表明,箱体内筋板是影响主轴箱整体刚度的重要因素,并通过优化设计改进了筋板结构布局,提高了箱体刚度。     

高速立式加工中心主轴箱结构设计及分析

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4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、热刚度计算,并对4种方案中最优的设计方案进行了合理的结构优化.分析结果表明,箱体内筋板是影响主轴箱整体刚度的重要因素,并通过优化设计改进了筋板结构布局,提高了箱体刚度.     

GMCU2060龙门加工中心横梁的结构优化设计

基于HyperMesh平台,采用密度拓扑优化方法,以应变能最小为目标,以体积分数、位移为响应建立结构拓扑优化模型,运用该模型完成GMCU2060龙门加工中心横梁横截面的拓扑优化设计,然后利用尺寸优化方法得到横梁的最优尺寸,建立横梁的三维模型,并对其进行动静态分析.分析结果表明：在最大位移几乎不变的情况下,改进后的横梁质量减少了7.5％,一阶固有频率由104 Hz提高到120Hz,满足设计指标要求.     

基于等效静态载荷原理的高速机构结构拓扑优化方法

IC封装等高速精密设备要求高速执行机构的机械结构在满足一定刚度下尽量降低惯性。基于等效静态载荷方法的优化方法是近来发展起来的柔性多体动力学优化设计的有效方法。针对高速机构的特点,对该优化方法做了一些改造。为了模拟运动关节影响,采用含有运动学自由度的准静态方法,对离散结构响应方程进行求解。为了考虑单元修改对惯性载荷的影响,将单元应变能与动能的比值作为单元修改的灵敏度。提出量纲一单元测度,能够综合反应该单元在所有离散点的重要性。所提方法应用于微电子封装摆杆式焊头摆臂的优化设计中,并将三种方法进行了比较,结果表明,含有运动学自由度的准静态分析能够反映机构运动副的影响,当速度非常高时,惯性比刚度对振动的影响更大。数值结果表明本文方法对高速机构的优化设计是有效的。     

基于高速因素的钻攻中心结构设计

采用高速精密加工技术的钻攻中心是手机加工产业发展的必然趋势,钻攻中心的应用将很大程度地提高手机部件的加工效率和质量。本文着重介绍并分析了钻攻中心在高速、精度设计方面的影响因素,对高速切削加工技术的应用前景进行展望。     

高速液压夹头结构的优化设计

高速夹头是高速加工工具系统的重要组成部分,被广泛用于中轻加工载荷的高速加工,其性能直接影响高档数控机床的性能及加工质量。通过高速液压夹头/刀具模型有限元分析发现:夹头/刀具接触应力分布不均,夹头油腔转角过渡区域应力集中。本研究对油腔转角区域采用单元弧过渡形线,基于结构优化设计理论和优化方法,利用Ansys优化分析模块对夹头/刀具模型进行优化。结果表明:结构优化改善了夹头/刀具接触应力分布,降低了夹头液压腔转角过渡区域应力集中和减小了接触压力峰值,提高了高速液压夹头的可靠性和稳定性。     

基于ICM法的高速卧式加工中心立柱拓扑优化设计

针对高速卧式加工中心XH6650的动态特点,确定加工中心的关键结构件立柱为优化对象.基于连续体ICM拓扑优化方法,并考虑其它重要零部件的影响,确定在体积约束下的多阶频率加权为目标函数,同时考虑其它重要零部件为非设计集合的拓扑优化方法.根据此方法设计的高速卧式加工中心XH6650的立柱,提高了整机动态特性.     

立式加工中心横梁结构优化设计

在SolidWorks2009中建立立柱的三维模型.利用ANSYS10.0将模型导入进来,建立有限元模型.然后对立柱进行受力分析,建立起立柱的力学模型.分别利用有限元分析软件ANSYS10.0中的应力/应变分析模块和模态分析模块,对FWL-8立式车床的立柱进行了有限元应力/应变分析和模态分析.针对FWL-8立式车床立柱提出了3个减重方案.     

高速磨床机械结构参数化建模与模态分析

基于动态子结构法建立了高速磨床零部件和整机的实体参数化模型,利用MSC. Patran/Nastran建立了高速磨床机械结构的有限元模型,并对主轴、床身和床身-工作台组合结构进行了模态分析。应用LMS振动及动态信号采集分析系统对主轴、床身和床身-工作台组合结构进行了实验模态测试与分析。实验表明,采用基于假想材料的高速磨床结合部模拟技术可使磨床组合结构的动态实验结果与有限元模态分析结果相吻合,实验测试得到的高速磨床机械结构动态特性和利用有限元软件仿真分析得到的结果是一致的,说明利用子结构法建立高速磨床机械结构实体参数化模型是正确可行的。