基于GA-GRNN的复合铣床立柱优化

立柱是复合铣床的主要承力部件,其质量直接影响机床的刚性和动态性能,进而影响加工质量,因此对有必要对复合铣床立柱质量进行优化设计。首先采用灵敏度分析法,获得影响立柱质量的敏感尺寸参数;其次基于均匀试验和GRNN神经网络分别建立立柱质量、前2阶固有频率和最大变形量的模型,并通过遗传算法对模型方程进行寻优求解,得出尺寸参数最优解组合;最后在优化后立柱的最大变形量不超过原立柱最大变形量的情况下,优化后的机床立柱的质量减轻了10.09%,前2阶频率分别提高了3.10%、2.42%,证明GA-GRNN优化机床立柱是可靠有效的,可以将其推广到更广泛的领域。     

双主轴铣削加工中心立柱的静动特性分析及多目标优化

针对采用传统方法设计的立柱静、动刚度存在薄弱和不足的问题,通过建立立柱受力模型,对立柱进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,确定立柱静动刚度薄弱的部位和方向;根据分析结果,选取8个结构尺寸为设计变量,以总变形量、前3阶频率加权平均值和质量为优化目标,建立多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法和灵敏度分析得到优化结果。结果表明:立柱总变形量减小了5.5%,质量减少了1.2%,前3阶频率加权平均值增加了2.17%,X、Y方向峰值响应分别减小了75.5%、75.44%,达到了优化的目的。     

VHT800立式车铣加工中心立柱结构静动态优化及轻量化设计

研究了VHT800立式车铣加工中心立柱结构的静动态优化及轻量化设计方法,解决了企业经验设计结构存在的静、动态性能不足以及结构过于笨重的问题.首先基于机床实际典型工况下的立柱载荷及边界条件,运用拓扑优化技术建立了体积约束下的立柱结构多工况静态性能和动态性能多目标拓扑优化概念模型;然后对概念模型进行结构刚度设计及工艺设计.最终为企业提供了新的立柱结构方案,该方案的结构刚度和一阶固有频率比经验设计结构分别提高了13.6%和17.1%,同时质量减轻了9.7%,表明该设计方法能够有效提高机床立柱结构静、动态性能并实现结构轻量化设计.     

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。     

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%。     

基于拓扑优化与筋板布局的立柱轻量化设计

为了实现机床立柱结构的轻量化设计,对立柱进行拓扑优化研究,根据拓扑优化的材料分布结果设计了立柱的基本外形。根据立柱的外形特点,对比了5种不同类型筋板形式的单元结构,发现W形式的筋板结构材料消耗较少同时综合力学性能较优。选择W形式的筋板对立柱的外形结构进行布局及尺寸优化,得到了最终的立柱结构形式。对新的立柱结构进行有限元分析,结果表明,新设计立柱结构的质量减轻了8.3%,并且其静、动力学性能得到了不同程度的改善,实现了立柱结构的轻量化设计。     

高刚性轻量化研球机床身结构优化设计

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。     

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。     

立式加工中心支承系统敏感性分析及其结构设计

为了高效溯源出机床支承系统的刚性薄弱环节,提出了敏感性分析基础上面向支承系统加工精度的结构设计方法。基于敏感性分析结果,以支承系统加工精度影响明显的立柱为例进行了拓扑优化设计,提出了以静态应变能与静动组合应变能为优化目标响应的壁板与结构单元设计。在此基础上,将该机床的刀尖最大变形量作为优化设计的目标,兼顾支承系统的质量与固有频率,建立了支承系统中涉及立柱外壁板和结构单元的尺度优化设计方法。最后,立式加工中心支承系统在保证质量相对不变的条件下,对比分析了新设计方案与原方案的性能,其结果刚性提高了5%~11%,验证了支承系统敏感性分析方法及结构设计的有效性。     

卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计

以卧式加工中心立柱为研究对象,首先利用ANSYS Workbench平台构建其有限元模型,并对其进行静动态特性分析.研究分析结果发现立柱过大的质量将影响其整体性能的提升,是原设计的薄弱环节.然后对模型结构尺寸进行了灵敏度分析,得到对立柱性能影响较大的灵敏尺寸,并将其设置为最终优化设计变量.最后以灵敏尺寸作为优化参数、立柱质量作为优化目标、最大变形量和一阶固有频率作为约束条件对立柱进行了轻量化设计,在保证立柱刚度及固有频率的基础上显著地减小了立柱的质量,达到了轻量化设计的目的.     

卧式加工中心床身蜂窝状支撑结构设计与优化

提出采用蜂窝状支撑结构对卧式加工中心床身进行性能优化的思路,即将床身原有支撑结构改为蜂窝状结构,并对各性能指标与原结构进行比较,分析优化效果。利用参数化建模方法,分析蜂窝状结构胞单元参数、排布方式、排布密度与床身一阶固有频率、质量、静变形、等效应力之间的关系,得到蜂窝状结构对床身最佳优化效果。利用响应面法建立参考数学模型设计改进方案,用灰色关联法对计算结果处理分析,并采用熵权法改进灰色关联法,使得其成为一种适于床身优化方案选择的评价标准。以我国西北某机床厂生产的某型卧式加工中心床身优化为例。选择蜂窝胞单元边长与筋板厚度为设计变量,利用ANSYS Workbench进行参数化设计,采用MATLAB软件进行数据处理和灰色关联法分析选出最佳优化方案。结果表明,优化后的机床床身各性能指标得到大幅度地提升。床身一阶固有频率提高约24. 1%,床身质量减轻约7. 4%,静变形降低约26%,等效应力减小约35. 1%。     

刮齿机立柱的模态分析与优化设计

立柱作为刮齿机承载的关键零部件,其刚度和振动特性直接影响机床的加工精度,对刮齿机立柱进行静力学分析和模态分析,得出一种优化设计方案。首先,运用ANSYS进行建模,通过静力学分析找出应变最大处;其次对立柱进行模态分析,明确前6阶振型对刮齿机整体性能的影响,保证工作时的激振频率小于固有频率,避免产生共振损坏机床;然后基于出砂孔和加强筋的分布优化立柱结构,并调整壁厚对立柱进行轻量化设计;最后,通过仿真和模态试验验证设计方案的可行性。优化后立柱的总质量减轻了250.1kg,最大应变减小了7.668μm,达到5级机床精度要求,有效提高了立柱的强度和刚度。     

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。     

基于灵敏度分析的机床立柱结构动态优化设计

以固有频率的提高作为衡量结构动态性能的指标,采用灵敏度分析方法对立柱筋板布局和厚度参数进行了优化设计。利用得到的立柱优化方案建立新的整机模型,并进行重新分析以验证立柱的动态优化设计对整机性能的提高。     

多目标优化与层次分析法相结合的滚齿机立柱改进设计

结合多目标优化与层次分析法在结构设计中的优点,对滚齿机立柱的设计参数进行改进.文章首先运用CAD软件建立滚齿机立柱的参数化模型,并将其导入有限元分析软件AWB中对其进行动静态特性分析;其次通过灵敏度分析得到影响立柱性能的主要设计参数,同时可视化其对目标函数的响应面;然后将设计参数作为优化设计变量,以质量最小、变形量最小和一阶固有频率最大为目标函数对立柱进行多目标优化,得到优化方案的解集合;最后通过层次分析法确定立柱解集合中的各优化方案权重系数,寻找出最优解.     

巷道堆垛机立柱动态性能仿真分析

堆垛机结构的优劣直接影响自动化立体仓库的可靠性和效率,传统经验设计方法很难掌握堆垛机立柱结构力学性能,文章利用Pro/E软件建立堆垛机立柱的三维有限元模型,然后导入到ANSYS中进行模态分析,得到了立柱静载荷的变形量和动载荷的最大变形量,为堆垛机结构设计提供了一种行之有效的分析方法.     

立式加工中心立柱多目标优化设计

在PROE和ANSYS Workbench的平台上建立VL855加工中心立柱结构的参数化模型,进行Static Structural和Modal分析;通过灵敏度分析选定立柱的壁厚、导轨面凸台厚度、筋板厚度、螺栓槽间距为优化的设计变量,立柱的质量、最大变形、第一阶段振型作为目标变量,进行多目标优化。结果表明:优化后,立柱质量减少5.2%,立柱在同样载荷情况下变形量与优化前变形量相近,其低阶模态有所提高,满足工作状态动态要求。     

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。     

立式钻床立柱结构动静态分析与结构改进

以有限元理论为基础,建立立式钻床立柱结构的参数化模型,进行静态有限元分析,分析立柱结构承载及变形特点。在此基础上,采用选型法对立柱进行结构改进,并对改进后的模型做动态性能分析。结果表明:优化后,立柱静态性能提高,质量减少12.8%;立柱固有频率值与原固有频率值相近,满足结构动态性能的要求。     

基于Kriging模型的圆锥动静压轴承优化设计

为提高圆锥动静压轴承的综合性能,以单位承载力下功耗最小和平均温升最低为优化目标,考虑几何结构约束条件,采用最优拉丁超立方进行设计空间的布点,进行有限元数值计算。基于计算结果,采用Kriging方法建立目标函数的近似代理模型。在此模型基础上,使用非劣分层遗传算法(NSGA-II)获得Pareto最优解集;最后通过权重系数法求得最优非劣解。结果表明:优化后方案1的两个目标函数值分别较优化前减小了18.8%和10%,优化方案2分别降低了10.9%、32%;轴承无量纲功耗有所降低、无量纲承载力得到提升,温升降低明显,轴承整体性能较优化前有较大提升。