基于灵敏度分析的五面加工中心床身结构优化设计

机床床身是机床的重要部件,它起着支撑立柱、工作台等部件的作用,其性能的好坏直接影响到机床的加工精度。在对HX7910五面加工中心床身结构动态优化设计过程中,建立HX7910五面加工中心床身的有限元模型,分析了其前六阶模态。根据分析结果确定筋板为优化对象,采用灵敏度优化法首先对床身内部筋板结构参数进行动态灵敏度分析。在灵敏度分析基础上,进行结构优化设计,得到了较优的结构参数,提高了加工中心床身的动态特性,从而提高床身的性能。     

影响加工中心立柱刚度的因素研究

机床立柱的刚度直接影响到机床的加工精度,以两种典型结构的加工中心立柱作为研究对象,应用有限元软件对其进行结构分析和比较,指出了影响立柱刚度的主要因素,并提出了改进方案。为加工中心立柱的设计和优化提供了重要的理论依据。     

基于元结构的机匣加工中心立柱动态优化设计

以提升机床立柱动态特性为目标,提出一种基于元结构特征的动态优化方法。依据机械元结构思想将机匣加工中心立柱分解,并提取出能代表其动态特性的元结构。基于有限元模态分析法,探究了元结构中筋板类型及其尺寸参数对其模态参数的影响规律,在此基础上对该元结构进行优化。通过对比结构优化前后的立柱动态特性并对改进后的立柱进行实验模态分析,验证了该方法的可信性。研究结果表明,该方法可以在后续在虚拟设计阶段中有效控制机床的隐性性能指标,为基于动态特性对其进行设计评价提供了数据支撑。     

卧式加工中心立柱有限元分析与优化

应用SolidWorks软件建立卧式加工中心立柱的三维模型,通过Simulation插件对立柱三维模型进行有限元静力学分析,得出立柱在最不利工况下的变形和应力分布.为提高卧式加工中心立柱的静态刚度,寻求更优的结构,对立柱模型填充实体后以最佳刚度质量比为目标进行拓扑优化,根据优化结果重新设计和布置筋型.对优化后的卧式加工...     

基于ANSYS的加工中心立柱结构设计及性能分析

以某加工中心立柱结构为研究对象,提出了4种不同筋板结构形式。通过UGNX 8.0分别建立4种结构的三维模型,利用ANSYS Workbench软件建立4种结构的有限元模型,并对其进行静力结构分析和模态分析。对比数据结果给出了筋板的最佳结构形式,为今后机床筋板设计提供了必要的理论依据。     

立式车床立柱结构优化设计

采用科学计算和实际经验相结合的方法,类比同类车床立柱的结构,并依据有限元分析的数据,对该立柱结构进行优化。针对FWL-8立式车床立柱提出了三个减重方案。通过对立式车床立柱的有限元分析和结构优化,减轻了车床立柱的重量,节省了工程材料,立柱的强度、刚度和固有频率等指标能满住实际工作的需要,为同类型机床的设计生产提供了更多的理论依据。     

精密卧式加工中心立柱的结构优化设计

立柱是数控机床极为重要的功能部件,其动静刚度将严重影响机床加工精度。以精密卧式加工中心立柱为研究对象,利用有限元技术分析其动态特性,锁定结构薄弱环节,以此为基础,通过灵敏度法分析立柱壁厚、筋板高度以及厚度结构尺寸对立柱动态特性的影响,并研究了立柱内部筋板布局形式变化对立柱动态特性的影响,最终给出该型机床立柱结构改进建议,研究成果可在一定程度上提升机床整机动静态性能。     

成形铣齿机床立柱筋板结构优化设计

针对某型成形铣齿机床的结构特点,运用有限元设计方法,建立了立柱的三维有限元模型,并利用ABAQUS软件进行静力分析,提出四种不同筋板布局的立柱结构和原立柱进行对比,发现新井字筋立柱的质量刚度比最优,原井字筋立柱次之,而交叉筋立柱的质量刚度比最差.通过参数灵敏度分析,对新井字筋立柱结构和原井字筋分别进行尺寸优化,其中未优化前的新井字筋立柱比原井字筋立柱减重1.1％,最大变形量减小了7.5％,一阶固有频率上升10.8％ ;经过优化后的新井字筋立柱比原立柱减重18％,最大变形量增加了3.98％,一阶固有频率上升11.28％.     

高速立式加工中心立柱结构动态设计

立柱是立式加工中心的重要组成部分,对机床整机的动态特性具有重要影响.为了提高床身结构的动态特性,建立高速立式加工中心立柱的CAD/CAE模型,借助有限单元法,进行基于灵敏度分析的筋板厚度优化,降低立柱的重心,提高了立柱的动态特性.经优化设计,立柱的前三阶固有频率较优化前分别提高了23.23%,4.00%和10.13%,动态性能得到明显的提高.     

基于逆向工程的小型钻床立柱结构优化

立柱的结构性能是机床工作稳定的关键。为了满足在减轻立柱质量的同时提高其动静态特性,文章从机床结构模型获取出发,通过三维扫描采集机床零部件点云数据,然后利用逆向建模技术将其转换为实体模型,再使用有限元仿真求解立柱的关键性指标并完成优化。在模型获取方面,使用2D分析比较立柱实体外轮廓与点云数据偏差,测得整体平均偏差为-0.050 9 mm,满足试验需求。在结构优化方面,采用多目标拓扑优化快速确定立柱结构整体布局,进一步使用尺寸优化减少总变形增大对机床加工精度的影响,实现在总变形基本不变的情况下,立柱1阶固有频率有效提高16%,质量减轻5.3%。该方法将逆向工程和有限元仿真集成运用,为有限元分析提供了逆向获取的模型参数,增加了结构优化的工程可靠性,为产品改进和再设计提供新思路,加快了新产品开发效率,节约了设计和制造成本。     

多目标优化在大型加工中心轻量化设计中的应用

为保证某大型加工中心的加工精度和切削效率,以其关键部件立柱为例,提出以质量及一阶固有频率为多目标优化的机床轻量化设计方法。首先根据有限元法利用有限元分析软件ABAQUS对立柱进行动静态特性分析,根据立柱结构分析提取影响1阶固有频率与质量的关键因素。通过均匀试验设计,利用MATLAB建立目标与关键因素的多元线性回归方程并进行灵敏度分析,找出敏感性因素。运用响应面法建立敏感因素与目标的2阶响应面数学模型,进而建立以减轻质量与提高固有频率为目标的立柱优化模型,最后应用MATLAB对数学模型进行优化求解。立柱经过优化后,提高立柱固有频率的同时质量减轻13.6%。     

基于元结构的立柱结构动态优化设计

为提高加工中心立柱的动态特性,基于元结构理论从立柱内部筋板、外部框架分别进行优化。针对文中研究对象内部大部分元结构尺寸相同的特点,采用参数化设计方法优化元结构尺寸,提高了优化效率。元结构的拓扑型式根据扩展结构的动态特性选定,该方法比传统方法中根据元结构单体的动态特性选定型式更准确。外部框架根据原立柱模态分析结果进行优化。最后综合立柱内、外部优化分析结果,给出了动态优化效果、改进难度与成本各有优劣的两个优化方案,为加工中心的改进提供参考。     

基于筋板布局的立柱结构优化设计

立柱作为数控立式车床的关键部件,承受来自切削力等各种载荷作用,对机床加工精度、工作稳定性都着较大影响。以立柱内部结构设计为研究对象,提取多种不同筋板布局单元结构,并运用ANSYS Workbench有限元分析软件进行分析计算,找出最优筋板布局型式,从而改进立柱结构,数据显示优化后的立柱结构动力学性能得到提高,间接提高了机床加工精度和稳定性。     

机床轻量化结构单元特征研究与静态性能分析

研究10类典型机床结构特征,提出了机床轻量化结构单元的概念.将支承件结构内部单元分为箱体类单元、壁板类单元、加强筋类单元以及工艺类单元4大类.对各类单元进行结构特征分析,归纳出4类单元类型型谱,并分别对铸造单元和焊接单元工艺特征进行描述.以含有壁板类单元的某立式加工中心立柱为研究对象,运用有限元分析法对其不同单元的参数化模型进行静态性能分析,结果发现内部结构为井字形单元的立柱静态性能最好.单元特征研究及其对支承件静态性能分析成果为支承件轻量化设计和优化设计奠定了基础.     

机床支承件结构设计方案优化选择

对机床支承件截面形状和肋板布局形式进行分析对比,以某型号立式加工中心的立柱为例,在ANSYS Workbench平台上对其进行静力学分析及模态分析,比较不同肋板布置方案对立柱刚度及振动特性的影响,为机床支承件结构设计方案优化选择提供参考。     

龙门立式加工中心模态分析

针对立式加工中心的特点,设计开发了具有龙门结构的三轴立式加工中心,并提出其扩展为四轴加工中心和五轴加工中心的实施方案。利用有限元的方法,进行了龙门立式加工中心的模态分析,计算了各阶模态和振型。采用力锤对机床样机进行模态试验,测得各阶固有频率和振型等模态参数。采用有限元分析计算和试验测试的方法获得的机床基本振型大致相同,固有频率结果一致性良好,床身及立柱稳定,薄弱点为主轴箱与X轴滑板的连接处。     

高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析

立柱静动态特性对机床整机的性能有很大影响,基于有限元设计高速龙门加工中心立柱结构,为保证机床的动态特性,在ANSYS Workbench软件中建立立柱的有限元模型,并分析立柱两种工况的受力,然后对其进行静力学、模态和谐响应性能分析。仿真结果表明:两种工况下立柱的静态刚度和强度、振动特性均能满足设计指标;谐响应分析找出了立柱在激振频率作用下的共振频率。验证了立柱结构设计的合理性,并为有效避开共振频率,实现高速龙门镗铣床的高速度、高精密切削加工提供了理论依据。     

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.     

采用正交实验和综合评价法的机床立柱优化设计

为了使机床立柱的静动态性能得到提升,对机床立柱的筋板结构重新进行设计.将不同筋板结构的立柱模型进行有限元分析,分别得到各立柱的静动态性能参数,将得到的参数构建了3因素4水平的正交实验表,通过综合评价法将正交表中的16组参数进行数据融合,得到了最佳组合参数为"井"形筋板结构,筋板高度为20 mm,吊孔直径为140 mm的...