基于自适应响应面法的数控铣床尺寸优化

为了能够更加有效地改善数控铣床的动静态特性,采用试验设计与数理统计相结合的方法对XK719数控铣床进行了结构尺寸优化。对数控铣床整机采用拉丁超立方试验设计方法进行采样,在此基础上运用移动最小二乘法对采样点进行拟合,以构造近似函数;对近似函数采用自适应响应面法进行优化;通过25次迭代,在数控铣床整机质量变化不超过3%的情况下,实现了整机1阶固有频率提高16.3%,2阶固有频率提高13%。结果表明:该方法能够实现机床的快速优化设计。     

基于灵敏度分析的XK719数控铣床尺寸优化

为了改善机床动静态特性,以XK719数控铣床为研究对象,采用Hypermesh软件建立数控铣床的有限元模型。在对铣床进行谐响应分析的基础上,得出机床1、2阶固有频率偏低的结论。运用灵敏度分析来寻找关键尺寸,并以关键尺寸为设计变量,以机床的质量和1、2阶固有频率为响应进行尺寸优化。最终,在铣床质量变化不大的情况下,使铣床的1阶固有频率提高了15.8%,2阶固有频率提高了11.3%。结果表明:该设计方法可以为机床零、部件的设计提供借鉴。     

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。     

微型移动龙门式铣床结构优化设计

针对某微型移动龙门式数控铣床的结构薄弱处,提出一种基于拓扑优化以及正交试验设计方法的整机优化设计方法。首先,建立其本体有限元模型,在具体工况下对其进行了静力学分析,得到了位移、应力云图;通过模态分析,得到其前十阶模态固有频率和主振型。根据有限元分析结果,基于拓扑优化原理,以最小应变能为目标函数,立柱质量为约束条件,对微型铣床立柱进行了优化设计;采用正交试验的方法,以工作台自重下最大位移为优化目标,T形槽大小、槽间距、工作台厚度和工作台支撑面积为设计变量,对工作台进行了优化设计。最后对优化后整机结构进行了有限元仿真,结果表明优化后整机静动态性能有了明显提高。     

立式数控铣床的试验模态分析

应用锤击法对立式数控铣床进行了试验模态分析,研究了该立式数控铣床的动态特性,获得该立式数控铣床低频段的固有频率、阻尼比和振型.通过对整机各阶模态振型的分析,找到了立式数控铣床结构的薄弱环节,并为进行结构优化设计提出了改进措施.     

基于响应面法的机床床身动静态多目标优化

为了提高数控机床的加工精度,床身必须具有较高的抗振动性,同时质量应尽可能的轻。文章基于SolidWorks建立TK6920型数控落地镗铣床床身三维模型,将模型导入ANSYS,对床身进行动态有限元研究,得到了床身前四阶模态固有频率和振型。在分析了模态结果后,提出以床身的质量和前四阶加权固有频率作目标函数、床身筋板厚度作设计变量建立数学模型,以确定床身结构多目标优化的最优解。从而使床身质量下降6.14%,前四阶固有频率分别提高8.54%、7.01%、6.99%、8.92%。为TK6920型数控落地镗铣床床身设计与制造提供一种理论指导。     

基于灵敏度分析的机床床身多目标优化研究

为了找到对某卧式加工中心床身结构性能影响较大的尺寸参数,对床身结构尺寸进行灵敏度分析,确定了对床身质量及一阶固有频率灵敏度较大的尺寸参数。以灵敏度较大的尺寸参数作为设计变量,考虑床身的质量及一阶固有频率,利用响应面法对床身进行多目标优化求解,得到了一组最优的尺寸参数。对优化后的床身结构进行有限元分析,结果表明,优化后的床身质量减轻了171kg,并且其静、动力学性能得到了明显改善。对优化前后的整机进行谐响应分析,发现参考点的最大振幅得到了大幅下降,极大地改善了机床的动态性能。     

XK2425/5L五轴龙门铣床主体结构有限元分析

为提高五轴龙门铣床的整机结构性能指标,提出了机床关键零部件与整机并行优化设计的思想。运用CAE工程分析软件,建立了五轴龙门铣床关键零部件及整机的有限元模型,并对其主体结构进行了重力、切削力载荷下的静刚度分析以及关键零部件和整机的动态刚度仿真分析,找出了结构中的薄弱环节,并在此基础上对机床中关键零部件的结构参数提出了改进方案。分析结果表明,改进后的结构方案在整机自重降低632Kg的情况下,静刚度由50.2N/μm提高到68.4N/μm,一阶固有频率由30Hz提高到42Hz,整机性能指标得到显著提高。     

大型数控落地镗铣床主轴箱的有限元分析

通过三维软件建立了大型数控落地镗铣床主轴箱的三维模型,采用有限元软件建立了有限元计算模型,并进行了主轴箱的静态刚强度分析,计算了主轴箱的应力和变形情况.通过模态分析,计算了主轴箱1至10阶的固有频率和振型.分析结果表明,现有主轴箱的设计模型刚、强度较好,主轴箱的第1阶固有频率较低,相邻阶次的固有频率差别较大.     

大型丝杠旋风铣床关键零部件的动态性能研究

以安阳鑫盛机床厂生产的9m数控丝杠旋风铣床为研究对象,通过CATIA建立旋风铣床横梁的三维模型,并对横梁模型进行了简化.利用ANSYS Workbench建立了横梁的有限元模型,并对横梁进行了应力分析和模态分析,得到了横梁的应力分布云图和前6阶固有频率.通过应力分析对横梁结构进行了优化,提高了横梁抵抗破坏的性能.通过对固有频率分析,表明横梁设计符合动态性能要求.     

三自由度并联机床动态有限元分析

对并联机床进行动态性能分析有着重要意义。应用工程分析软件,建立了一种三自由度并联机床整机的有限元模型,对整机进行了模态分析,提取了整机前十阶固有频率和振型。为了解各阶频率对机床动载荷的响应情况,在模态分析的基础上对整机进行了谐响应分析,得到了动平台、球铰、滑鞍等关键部位的频率位移响应曲线。分析结果表明,机床的第2阶和第4阶固有频率对机床动态性能影响最大。球铰结合部为机床结构中薄弱环节,由此提出了机床结构优化设计建议,将球形铰链更换为虎克铰链,从而提高了机床的动态性能。     

螺旋铣孔装备单元内套筒动态性能分析与优化

针对飞机装配制造中螺旋铣孔装备的核心部件内套筒,运用Ansys,开展动态性能分析与优化.通过模态分析,发现一、二阶固有频率均处在加工频率范围内.为减轻质量和避免一阶频率共振,对内套筒进行结构优化设计.优化结果表明:质量降低35.7％,一阶固有频率降低11.9％,脱离加工频率范围.已将优化结果应用在样机制造中,为减轻样机质量,提高样机动态性能提供有力支撑.     

基于正交设计和灰色关联的硅通孔互连结构随机振动优化设计

建立了硅通孔（TSV,through silicon vias）互连结构三维有限元分析模型,对该模型进行了随机振动分析.以TSV互连结构的最大等效应力、最大等效应变、一阶固有频率、二阶固有频率为目标函数,选取TSV高度、TSV直径、微凸点高度和微凸点直径四个结构参数为设计变量进行多目标正交优化设计,结合灰色关联分析法获得了优化设计的最优参数组合,使TSV互连结构的最大等效应力降低4.59%,最大等效应变降低22.56%,并且一阶固有频率增加了4.91%,二阶固有频率增加了4.46%.研究表明,可以将正交试验法与灰色关联分析法相结合应用于TSV互连结构优化设计,对提高TSV互连结构在随机振动条件下的综合性能具有较高的实用性.     

T2120深孔钻镗床床身的结构分析与优化设计

以T2120深孔钻镗床床身结构优化为例,利用ANSYS的APDL语言建立了T2120深孔钻镗床床身参数化的三维实体有限元模型;利用ANSYS中Block Lanczos方法对床身结构进行模态分析,得到了前5阶固有频率及前3阶低频振型;利用ANSYS中Design Opt模块,在基频约束情况下对床身结构的参数做了进一步的优化,获得了较为理想的机床床身结构尺寸。结果表明:在保证床身各种性能的前提下,床身优化后的质量比优化前减少了7.23%,同时表明APDL的使用,对加快分析进度、提高设计效率具有重要的指导意义。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

附加质量块对机床结构动态特性的影响研究

结构动力学优化设计是提高机床加工精度的有效途径,而机床结构各组成部件的合理化布局又是影响机床动态性能的关键因素.本文首先对XH786立式数控加工中心整机进行优化建模,然后采用附加质量块方法,对机床在同一位置处添加不同的质量块以及在不同位置添加相同质量块对整机动态特性的影响进行了研究,结果表明:不同的质量块安放在机床同一位置,对机床整机的动态特性前几阶影响较大,高阶影响较小;相同的质量块安装在机床不同位置,位置变化对机床的整体动态性能有较大影响.本研究为机床结构各组成部件的质量与位置布局优化提供了理论基础.     

并联机床振动仿真分析

以三平动非对称并联机床(3-2SPS)为研究对象,研究单支链各个机构的振动模型,并推导出整条支链的等效振动模型,建立单支链以及机床整机的多自由度振动系统的微分运动方程,运用MATLAB软件对多自由度无阻尼振动的多阶固有频率进行仿真分析,得到机床在工作空间内前两阶固有频率,为机床后续的优化设计和加工生产提供了参考。     

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。     

高速数控车削中心动态特性分析及结构优化

以某高速数控车削中心为研究对象,建立了基于结合面的整机有限元模型,并对其进行了动态特性分析,得到系统的各阶固有频率与振型图,找出了影响整机动态特性的薄弱环节。通过改进调整垫的结构,提高了机床的第一阶固有频率,改善了机床整机的动态性能。