基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析

在有限元法与热应力学分析基础上,建立数控车床主轴系统的有限元模型,计算主轴系统热特性分析的边界条件.利用有限元分析软件ANSYS Workbench对主轴系统进行热-结构耦合分析,得到主轴系统的温度场分布和热变形,通过实验验证模型的正确性.同时计算不同主轴转速对主轴系统温升及热变形的影响,分析结果为主轴系统的优化设计及误差补偿提供了一定的依据.     

加工中心主轴系统的热变形分析与有限元计算

以TH6350卧式加工中心为研究对象,构建了一套基于虚拟仪器系统的加工中心主轴系统温度场和热误差测量系统,测出了加工中心主轴系统的温度场和各项热变形.建立了基于I-DEAS的加工中心主轴系统的温度场和热变形有限元模型,得到了主轴系统的温度场和热变形分布及其计算结果,计算结果与实测值得到了较好的吻合,研究结果为加工中心的改进设计、温度控制和误差补偿提供了理论依据.     

加工中心主轴系统的热变形分析与有限元计算

以TH6350卧式加工中心为研究对象,构建了一套基于虚拟仪器系统的加工中心主轴系统温度场和热误差测量系统,测出了加工中心主轴系统的温度场和各项热变形.建立了基于I-DEAS的加工中心主轴系统的温度场和热变形有限元模型,计算出了主轴系统的温度场和热变形,计算结果与实测值得到了较好的吻合,研究结果为加工中心的改进设计、温度控制和误差补偿提供了理论依据.     

HDBS-63高速立式加工中心主轴系统热分析

分析了主轴系统在机床中的重要性及机床误差的主要来源.设计一种立式加工中心的主轴系统,建立主轴系统三维实体模型,经简化导入有限元分析软件,利用有限元法对主轴系统进行热分析及"热--结构"耦合分析.通过不同工况的仿真结果分析,得到主轴系统的温度场分布状况和热变形状态的变化规律,为主轴系统设计提供了良好的参考依据.     

精密卧式加工中心主轴系统热特性分析

主轴系统的热特性对精密卧式加工中心的加工精度有重要影响.以精密卧式加工中心的主轴系统为主要研究对象,采用有限元软件的热、结构耦合技术仿真计算了主轴系统达到热平衡状态后的温度场分布和热变形.然后结合主轴系统的结构特点,分析了主轴转速、轴承跨距、冷却液流量和冷却液初始温度对主轴系统热特性的影响.结果表明,主轴转速、冷却液流量和冷却液初始温度对主轴系统的温升和主轴端面跳动有重要影响,而轴承跨距的改变影响不大.     

龙门加工中心主轴滑枕结构有限元分析技术研究

龙门加工中心主轴滑枕结构是连接刀具和机床的一个重要部件,其受切削力和受热变形将直接影响刀具的加工精度.通过建立龙门加工中心主轴滑枕结构的有限元分析模型,在计算热源发热量以及主轴滑枕结构热边界条件的基础上,利用ANSYS有限元分析软件在其工作状态下进行切削力变形分析、稳态热变形分析以及热-结构耦合分析.得到了主轴不同转速条件下主轴滑枕结构热态性能及刀盘直径方向变形规律,为该型龙门加工中心主轴滑枕结构优化设计和热变形补偿提供了理论依据.     

龙门加工中心主轴系统热态特性分析

建立了龙门加工中心主轴系统的有限元模型,计算了主轴轴承的发热量以及主轴系统各个表面的对流换热系数,利用ANSYS对其温度场进行有限元分析,并利用ANSYS中的耦合场分析计算出主轴系统的热变形。计算结果表明：主轴系统在一定载荷下以3000r／min的速度运转时,需要2h45min可达到热平衡状态;最高温升出现在前端轴承安装处,最大热变形达21．7μm。分析结果为主轴系统结构优化设计以及冷却、补偿系统的设计提供了一定依据。     

车削中心主轴系统热特性有限元分析的研究

以精密车削中心主轴系统为研究对象,将有限元技术应用于其主轴系统的热特性研究,在机床热分析理论基础上,计算了液体动静压轴承内外壁的温度和主轴箱体的温度,建立并分析了主轴系统的稳态温度场和主轴的变形情况,为系统热补偿提供了理论依据.     

基于有限元方法的环境温度对机床热变形的影响

以XK5034立式铣床为研究对象,通过ANSYS软件对其热特性进行了有限元分析,将分析得到的温度场与热成像仪实际测量的温度场进行验证,发现有限元分析的温度场与实际测量的基本吻合。在此基础上重点分析了主轴前端在不同转速和不同环境温度下的热变形,结果表明：随着主轴转速和环境温度的升高,主轴前端热变形增大;环境温度对主轴前端引起的变形在25℃出现拐点,当环境温度小于25℃,环境温度对主轴前端变形影响较小,当环境温度超过25℃,主轴前端热变形较大。     

龙门铣床双摆头动力学特性实验研究

结合实验模态分析技术对龙门铣床双摆头的动力学特性进行研究。对双摆头结构进行模态测试，获取频率响应函数，并进行拟合，分析得到结构固有频率、阻尼比与振型等动力学参数；对安装在双摆头上的螺旋立铣刀进行锤击实验，获取机床-主轴-刀具系统的加速度频率响应函数，结合再生颤振理论，预测其铣削颤振稳定域。根据可视化的整机振型，提出改进机床结构的方案，并提供合理的切削参数。     

Effect of preload of linear guides on dynamic characteristics of a vertical column–spindle system

Realization on the dynamic characteristics of the column–spindle system is of importance for enhancing the structural performance of a vertical milling machine. Generally, the spindle head is fed under linear guide mechanism through a ball-screw driver. To assess the dynamic characteristics of a vertical column–spindle system under the influence of a linear guide, this study developed a finite element model integrated with the modeling of linear components with the implementation of contact stiffness at the rolling interface. Both the finite element simulations and the vibration tests reveal that the preload of a linear guide greatly affects the vibration behavior associated with a spindle head, and the dynamic stiffness of the spindle head could be enhanced by increasing the preload of the linear guide. Current results clearly indicate that the simulations agree well with the experimental measurements. This also confirms that the proposed model can be successfully applied to evaluate the dynamics characteristics of machine tool systems of various configurations.     

基于热设计的立式数控铣床主轴箱多目标设计与研究

主轴箱作为主轴系统不可或缺的一部分,其热误差是影响数控机床加工精度的重要因素之一。以热设计为核心,通过结合田口法和有限元法,对主轴箱进行多目标优化设计与研究。搭建了主轴系统热态特性实验平台,以某机床厂的立式数控铣床为研究对象,获得其主轴系统的温度数据;根据实验测得的数据建立9组主轴箱优化模型;采用有限元法对温度-结构场耦合的9组模型进行仿真分析,得到各组模型的温度场分布云图和热变形分布云图,并进一步获得主轴箱结构优化结果和较优水平的主次因素参数组合。结果表明:对主轴箱热变形影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、肋板宽度A、距离C;对主轴箱质量影响程度由高到低的因素为底板长度L、距离B、距离C、肋板宽度A。该研究为降低数控机床研发成本提供了参考。     

基于ANSYS Workbench的球面磨床磨头结构设计方案分析

磨头属于精密数控球面磨床的关键部件,其结构形式会直接影响到磨头动力部件的刚度,从而影响到加工工件的精度及表面质量.针对SMG63H球面磨床磨头结构形式设计的三种方案,运用ANSYS Workbench对磨头动力部件加载工况进行静态特性分析,通过分析不同设计方案的磨头、主轴、主轴箱以及磨头动力部件整体的变形量和应力大小,选出静态特性最优方案.此方法为精密数控球面磨床关键部件有限元分析及设计方案的优化提供技术支持,为改善机床结构性能和提高机床精度奠定了基础.     

Prediction of chatter in high speed milling including gyroscopic effects

Dynamic stability of machine tools during operations is dependent on many parameters including the spindle speed. In high and ultra high speed machining, the gyroscopic effect on the spindle dynamics becomes more pronounced and can affect the borders of stability of the rotating system. In this paper, a finite element based model of spindle, tool holder and cutting tool is presented which uses Timoshenko beam theory to obtain the frequency response of the system when gyroscopic terms are included. Using this response, the stability of a high speed spindle system in the presence of gyroscopic effect is investigated. It is shown that the gyroscopic effects lower the critical depth of cut in high speed milling.     

液体静压主轴性能分析

介绍液体静压主轴性能数值仿真分析方法,采用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT对主轴性能进行预测。通过匹配主轴的节流孔径和油膜间隙等关键结构参数,从而使得相同结构尺寸下主轴的性能达到更优,进而指导主轴的结构设计;通过测试分析液压站供油压力的波动获得主轴承载能力的变化,从而得到主轴回转轴线的偏移量,进而得到压力波动对主轴回转精度的影响。     

Thermal characteristics of the spindle bearing system with a gear located on the bearing span

High cutting speeds and feeds are essential requirements of a machine tool structure to accomplish its basic function which is to produce a workpiece of the required geometric form with an acceptable surface finish at as high a rate of production as is economically possible. Since bearings in high speed spindle units are the main heat source of total cutting system, in this work, the thermal characteristics of the spindle bearing system with a tilting axis were investigated using finite element method to improve the performance of the spindle bearing system. Based on the numerical results, a specially designed prototype spindle bearing system was manufactured. Using the manufactured spindle bearing system, the thermal characteristics were measured and compared to the numerical results. From the comparison of the numerical results with the experimental results, it was found that the finite element method predicted well the thermal characteristics of the spindle bearing system.     

Characteristics of a spindle bearing system with a gear located on the bearing span

The spindle bearing system is the main source of the total cutting point compliance of machine tool structures. In this work, the static and dynamic characteristics of a spindle bearing system driven by a gear located on the bearing span were investigated using the analytical and finite element methods. Based on the calculated results, a prototype spindle bearing system was manufactured and its static and dynamic characteristics were measured. From the comparison of the experimental results with the calculated results, it was found that the finite element method predicted well the static and dynamic characteristics of the spindle bearing system.     

TK6920型数控铣镗床主轴箱的计算机辅助分析及改进设计

文章研究内容针对TK6920型数控铣镗床主轴箱CAD分析及优化,运用solidworks软件建立了三维CAD设计分析模型,并采用ansys有限元软件建立了有限元模型并进行静态刚强度分析.计算分析了主轴箱的应力及应变,在此基础上构建了主体结构的优化计算模型,将主轴箱进行了优化设计,尝试了新的改变约束的方法,与初始设计进行对比分析,为主轴箱的结构设计及改造提供理论依据.