电弧炉电极立柱升降系统约束模态特性研究

基于有限单元法,建立了实际约束条件下的电极立柱升降耦合系统模态有限元模型。采用Lanczos法对电极立柱升降系统模态特性进行了求解,对其固有频率及振型进行分析并对立柱不同位置高度对系统固有特性的影响进行研究。结果表明:电极立柱升降系统的低阶振型主要表现为电极-横臂的弯曲、横向侧弯及横臂与立柱的扭转方向,是导致电炉冶炼不稳定及诱发电极共振折断的原因之一;随着立柱位置高度的增加,系统各阶固有频率降低,系统柔性增加,且低频区域偏向电极立柱横臂的横向弯曲及扭转模态被激发。研究对电极立柱升降机械系统的匹配设计,改善电极调节的响应特性,提高电弧炉可靠性及工作效率具有一定的指导意义和工程应用价值。     

基于响应面法的数控磨床立柱热特性有限元模型修正

提出基于数控磨床立柱热变形检测与有限元模型分析相结合的一种有限元模型修正方法。将数控磨床立柱热特性位移误差与热载荷参数之间的隐形关系用显示函数近似表达出来,代替原有的有限元模型。在此基础上对有限元模型进行优化,提高有限元模型准确度。对数控磨床立柱有限元模型修正的结果表明,基于响应面模型的数控磨床立柱热特性有限元模型修正方法可以快速有效地修正模型,且修正结果精度高。     

加工中心立柱系统热态特性分析模型与实验研究

在分析加工中心立柱系统主要热源、热汇和热流通路的基础上,根据热源热生成、热阻与热边界条件的经验公式,基于有限元方法建立了加工中心立柱系统热态特性分析模型对其热态性能进行辨识,获得其温度场和热变形,并利用热成像仪与热态特性分析仪通过实验标定机床的温度分布与热位移,修正热边界条件从而获得精度足够的热态特性分析模型,并通过温度控制策略优化加工中心立柱系统的热态性能提高机床的精度,为后续的误差补偿工作提供支撑。     

电弧炉电极升降系统静态刚度分析

为了准确的计算电弧炉电极升降系统刚度特性,基于有限元理论,提出了一种电极升降系统刚度特性数值计算方法。建立了电弧炉电极升降系统静态刚度计算模型,根据实际冶炼工况,首次定义了三种方向电极升降系统刚度。计算分析了横臂与立柱链接螺栓预紧力,立柱上升高度以及关键结构设计参数立柱直径对电极升降系统三种刚度的影响规律。结果表明螺栓预紧力的增加及立柱直径的增大会使得各向系统刚度增加,然而立柱上升位置的提高使得系统刚度降低,尤其是垂向和扭转刚度。与螺栓预紧力及立柱上升高度因素相比,立柱直径变化对系统各向刚度影响较大。研究结果对电弧炉升降机械系统的结构设计以及下一步的动力学特性分析具有重要的指导意义。     

基于ANSYS的立柱动态特性分析与拓扑优化

以提高某型加工中心立柱的动态特性为目的,对立柱进行了有限元模态分析和谐响应分析,依据立柱的前5阶模态振型和固有频率及立柱的位移-频率响应曲线,对立柱的动态特性进行分析。运用ANSYS对立柱进行拓扑优化分析,依据分析得到的立柱结构材料最佳分布和立柱设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证。结果表明:立柱前5阶模态固有频率提高,位移-频率响应峰值减小,立柱的动态特性得到显著改善。     

基于热网络的中腰导轨移动式立柱热流强度的反求研究

以杭州机床集团有限公司生产的MKL7120数控成形磨床的中腰导轨移动式立柱为研究对象,根据立柱的结构特点构建立柱的热网络模型,通过实验测量立柱热稳态下特殊点处的温度值并结合所建的热网络模型反求出流入立柱的热流强度。利用仿真软件Multisim11,将反求结果作为已知的热流源代入所建立的热网络电路中,仿真得到热网络中所有节点的温度数据,并与实验数据进行对比,其误差小于2%,从而进一步验证了模型的正确性和合理性。利用该模型对主轴转速和磨头滑块移动速度进行了相关的特性分析,为进一步研究立柱瞬态温度场和热变形提供了重要的数据。     

曲轴端面加工中心立柱的动态特性分析

针对曲轴端面加工中心动态特性要求高以及立柱在不同工况下表现出不同的动态响应特性等问题,对立柱结构进行了动力学研究。基于ANSYS的动力学分析理论,对机床立柱模型进行了适当的简化,接触面间的接触特性采用六节点的等参数单元模拟结合部的接触特性,建立了动力学仿真模型。对结构进行了模态分析以及动态载荷下的谐响应分析,获得了机床结构的振动特性和变形分布规律;对不同工况下立柱的动态响应情况进行比较,提出了不同工况对立柱动态响应的影响规律。研究结果表明,随着主轴箱高度提高,结构固有频率有所改变,立柱动态响应越发明显;不同工况下立柱均在一阶固有频率附近发生最大位移;还明确了结构刚度薄弱位置,为进一步优化结构刚度提供了理论依据。     

摆线轮磨齿机立柱振动特性有限元分析与实验研究

为探究摆线轮磨齿机立柱振动特性,以磨齿机立柱组件为研究对象,建立其三维实体模型,并基于有限元仿真软件ANSYS进行了预应力下的模态分析,获得了组件的各阶固有频率及对应振型。为研究磨削加工下立柱的真实振动特性,搭建了振动实验平台,对采集的数据进行了时频特性分析,探究了立柱振动的机理。实验结果表明,立柱在低阶频率特性较好,同方向下磨削工况相比自由工况,同频率附近对应峰值处的最大振幅不超过4.7%。最后从振动角度对立柱的设计及优化提出了合理化的建议。     

数控成形磨床移动式立柱温度特性分析及数据拟合

为了研究数控成形磨床中腰导轨移动式立柱温度场特性,采用LabVIEW(laboratory virtual instrument engineeringworkbench)虚拟仪器开发温度实时采集系统,对中腰导轨移动式立柱执行温度场测量,并基于测量数据对立柱进行热态特性分析;根据对温度场数据的分析和研究,针对时间常数跨度较大的多阶指数函数,提出一种逐级递推式拟合算法。根据不同时间常数的指数函数具有不同平衡时间的特点,通过数学变换,采用一阶指数函数的拟合算法进行拟合并逐级递推,分别得到多阶指数函数不同项的时间常数和相应的幅值。拟合曲线与试验曲线相比,此算法简单实用,并具有较高的拟合精度,适合用于移动式立柱温度特性分析与精确建模。     

数控机床主轴-立柱系统热态特性分析与测试

针对数控机床主轴-立柱系统因受热变形而影响机床加工精度的问题,本文基于能量守恒定律建立了主轴-立柱系统耦合分析模型来获取其热态特性。该模型综合考虑了热源计算、传热系数计算、结构约束以及散热面放置情况等因素,并采用风速法来获取主轴与空气间的传热系数。为了验证主轴-立柱系统耦合分析模型的有效性,本文设计并搭建了数控机床热态特性试验平台,以具体数控机床为研究对象获得了其主轴-立柱系统的温度场分布、热变形以及热平衡时间等热态特性。试验结果表明:各测点数据中温度的最长绝对误差和最大相对误差分别为0.71℃,2.94%,出现在主轴体的测点处,热变形的绝对误差和相对误差分别为1.49μm,8.71%,采用风速法建立的主轴-立柱系统耦合分析模型所获得的热态特性与试验获得的结果基本一致。本文的研究成果为数控机床减少热误差,提高精度保持性提供了参考。     

基于ANSYS Workbench立柱筋板布局对加工中心动态特性影响分析

加工中心良好的动态特性有助于提高其加工性能。运用ANSYS Workbench软件对加工中心动态特性进行分析,发现立柱是其薄弱环节,然后对该立柱分别采用X型筋板、井字型筋板和米字型筋板布置形式进行模态分析,结果表明立柱用米字型筋板布局对立柱本身动态特性提升最大。提高立柱的动态特性,能有效地提高加工中心整机的动态特性。     

螺检节点球加工中心立柱的静动态分析

针对加高后螺栓节点球加工中心立柱的特点,应用ANSYS对立柱进行了静动态分析,得到立柱较真实的静动态特性,求解出立柱在加工要求下的变形图和立柱结构前四阶模态振型及固有频率.根据分析结果,找到立柱的薄弱环节和影响立柱静动态特性的主要因素,为加工中心机械结构优化设计提供了详实可靠的理论依据.     

基于有限元法的数控铣床立柱静、动态特性分析

利用UG建立了数控铣床立柱的实体模型,并运用Abaqus对立柱进行静、动态特性分析。通过静态分析计算了立柱的强度和刚度;利用模态分析法对立柱进行动态分析,获得立柱的前五阶固有频率和振型。立柱的静、动态特性分析,为结构的优化设计提供了可靠的理论依据。     

数控机床立柱结构有限元分析与优化设计研究

立柱是机床基本的零部件之一,其静动态特性对机床整机的性能有很大影响。为保证机床的静动态特性及工件的加工精度,运用SolidWorks三维软件和Ansysworkbench有限元分析软件时立柱进行了静力学分析和模态分析。根据仿真分析结果,针对立柱的薄弱环节进行相应的结构改进优化,并对改进后的立柱进行静动特性分析。仿真结果表明：改进后立柱的变形量减少了7．6％,一阶模态频率提高了27．4％,同时质量减小了26kg,静动态特性得到了明显提高。为数控机床静动态性能的提高提供了理论依据。     

泡沫铝夹芯结构机床立柱多目标优化设计

为探索提高机床综合性能的新途径,提出了泡沫铝夹芯结构立柱新构型.首先,选取XK714数控机床立柱为原型,运用等刚度设计理论和轻质性设计理论初步设计泡沫铝夹芯结构机床立柱;然后,运用多目标优化设计的方法对泡沫铝夹芯结构机床立柱进行优化设计;最后,对原型立柱和优化前后的泡沫铝夹芯结构立柱的静、动、热态性能及轻质性进行对比分析.结果证明:泡沫铝夹芯结构机床立柱在提高机床立柱乃至整机的静、动、热态性能及轻质性方面的有效性.     

复合恒温构件热变形控制技术研究

研究了复合恒温构件在机床热变形控制中的应用,在分析相变热传导的基础上,研究了包含相变过程的二维传热特性,利用自适应变网格有限方法计算相变材料复合恒温构件机床立柱及主轴箱的温度场和热变形值,并将之与实测值比较,二者基本吻合。试验结果对精密数控机床热变形控制具有一定的参考价值。     

机床立柱的粘弹性阻尼控制有限元分析及研究

通过建立机床立柱的三维有限元模型,基于大型有限元分析软件ANSYS,应用模态应变能迭代法,分析了粘弹阻尼处理机床立柱结构的动力特性,并进行了阻尼位置的优化研究。该方法能够简便有效地应用于实际粘弹性阻尼处理结构的阻尼预测和优化,对阻尼工程应用具有较大的理论和应用价值。     

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。     

基于有限元的加工中心立柱多目标拓扑优化

以提高某型加工中心立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上,利用折衷规划法和功效函数法对各目标进行处理,建立静刚度最大化和前两阶固有频率最大化的多目标拓扑优化数学模型;运用ANSYS对立柱进行多目标拓扑优化分析,依据分析得到的立柱结构材料最佳分布和立柱的设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证。结果表明:改进后的立柱质量有所减小,动静态特性也得到显著改善。     

BFPC填充结构机床立柱设计及其性能分析

为探索提高机床静、动、热态性能和轻量化从而满足机械制造向着高效率、高精度和高自动化程度方向发展需求的新途径,以某立式加工中心的立柱为研究原型,以满足刚度要求和轻量化为约束条件,设计了玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)填充结构机床立柱。利用ANSYS软件对两种结构立柱的静、动、热态性能进行仿真分析,对其轻量化及所需铸铁量进行计算。并将其结果进行对比分析,结果表明,BFPC填充结构机床立柱可在保证轻量化的同时提高机床静、动及热态性能,并有利于实现机床制造的节能减排和绿色环保。