机床轻量化设计结构与性能研究——卧式车床支承件结构特征与静态特性分析

针对机床轻量化设计的关键问题——结构与性能关系进行了研究。以卧式车床支承件为研究对象,对其支承件结合面形式、几何结构类型及结构特征进行了分析;并基于对切削加工工况、载荷和约束特点的分析,应用有限元方法对各支承件的静态特性进行了研究;总结了支承件几何结构类型与支承件静态特性的相应关系。通过研究支承件的结构与静态特性,得出卧式车床中梁、板和箱体三类支承件的变形主要为整体的弯曲、倾覆和扭转以及导轨的局部弯曲和扭转变形。研究结果为卧式车床支承件的结构设计和优化提供了一定的参考依据。     

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.     

机床轻量化设计基本单元物理性能与数据库的研究

探讨机床轻量化单元设计技术,研究壁板类单元的结构性能,构建机床轻量化设计基本单元数据库,为机床支承件轻量化设计提供科学依据.通过研究实际工程应用中机床支承件的内部结构特征,提出机床轻量化壁板类单元概念,抽象出7种壁板类基本单元,建立壁板类基本单元型谱.基于AN-SYS有限元分析方法,建立7种壁板类基本单元的参数化物理模型.在基本单元尺度参数和质量相同情况下,分别研究了7种壁板类基本单元的静动态性能.得到各种基本单元的拉、压、弯、扭静态性能,以及动态基频分布规律,为机床轻量化数据库提供数据来源.     

液体动静压轴承油膜的压力场和温度场分析

针对深浅腔液体动静压轴承的承载特性等问题,对液体动静压轴承的油膜压力场和温度场进行了仿真分析。以超高速磨削电主轴系统中常用的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,建立了液体动静压轴承油膜的三维有限元模型,对油膜进行了网格划分,并对划分后的网格进行了质量评定;采用动网格技术实现了对油膜偏心率的变更,在不同主轴转速、偏心率的工作条件下,计算了深浅腔动静压轴承油膜压力和温度的分布情况,分析了其油膜压力分布和温度分布的变化规律;研究了转速、偏心率对动静压轴承的承载力和油膜温升的影响规律。研究结果表明:在深浅腔液体动静压轴承运转过程中,随着转速和偏心率的提高,油膜承载力和温升也随之提高,且转速对油膜温升的影响要比偏心率大。     

磨削电主轴动态回转精度分析及实验

以高速磨削电主轴为研究对象,对电主轴回转误差的表现形式、误差的分类进行分析。建立误差分离模型,提出利用最大波峰值减去最小波谷值的方法进行误差分离,并建立径向误差、倾斜误差和轴向误差运动的模型。通过最小二乘法平均值算法分析径向误差,基于径向误差轨迹分析得出倾斜误差。结合时域和频域的信号分析方法,对轴向误差进行分析。基于双标准球、多个高精度电容位移传感器和温度传感器组成的测量系统,在某国产磨削电主轴上进行动态回转误差测量实验。结果表明：随着转速升高,磨削电主轴的误差逐渐减小并趋于稳定;误差最小时其径向误差7.5 μm,轴向误差6.02 μm,倾斜误差25.91 μrad;在电主轴长时间运行过程中,随着温度升高其回转精度的变化并不明显,但是会出现热偏移的现象。     

复杂零件结构设计的概念单元方法

提出复杂零件结构设计的概念单元方法,即几何与物理模型、概念构型与单元、强度与刚度、工艺与造型四部分。分析了复杂零件的应用场合和结构特点,建立几何实体与物理模型,包含联接与安装部位,设置工况载荷与约束,定义设计区域与非设计区域;采用结构拓扑优化方法获得在若干工况下零件实体内部的传力路线,综合多工况下传力路线和相关因素,构造出复杂零件结构的概念模型,并结合零件的载荷形式,综合考虑制造工艺性,选择合适的零件结构单元;依据零件的强度或刚度要求,使零件壁板和结构单元具有满足性能要求的尺度;同时,兼顾零件结构工艺性和视觉美学效果等因素,对零件结构形状和尺度进行工艺和造型再设计;以加工中心立柱和三级齿轮减速器箱体为例展示了结构设计过程,通过合理布置零件内部筋板、单元的结构形式和尺寸,为复杂零件的轻量化和科学合理结构设计提供有效方法。     

机床轻量化设计结构与性能研究——卧式车床支承件结构特征与静态特性分析

针对机床轻量化设计的关键问题——结构与性能关系进行了研究。以卧式车床支承件为研究对象,对其支承件结合面形式、几何结构类型及结构特征进行了分析;并基于对切削加工工况、载荷和约束特点的分析,应用有限元方法对各支承件的静态特性进行了研究;总结了支承件几何结构类型与支承件静态特性的相应关系。通过研究支承件的结构与静态特性,得出卧式车床中梁、板和箱体三类支承件的变形主要为整体的弯曲、倾覆和扭转以及导轨的局部弯曲和扭转变形。研究结果为卧式车床支承件的结构设计和优化提供了一定的参考依据。     

电磁平衡头自锁力矩随永磁体参数变化规律研究

电磁平衡头自锁力矩具有驱动和自锁作用,其评价指标分别为自锁力矩一个步距角内做功和自锁力矩峰值。在保持齿盘参数不变的前提下,通过建立平衡头自锁磁路的三维模型,基于Ansoft Maxwell-3D瞬态求解器,采用有限元分析方法,研究不同永磁体数量、材料、形状和位置参数下自锁力矩峰值、做功及其比值的变化规律。结果表明:自锁力矩峰值、整周期做功随永磁体数量、长度、直径的增加而增加,随气隙增加而减小,随偏心率变化呈抛物线改变;峰功比在磁路轴向投影不变时近似为常数0.34,在永磁体数量变化时近似为0.31,随永磁体直径的增加呈指数减小。     

基于接触热阻的机床热特性研究

考虑机床结合面接触热阻利用有限单元法对机床整机热特性进行了深入研究。以立式加工中心整机为研究对象,建立了机床热边界条件,并对机床整机模型在有、无接触热阻两种情况下的温度场分析结果进行比较,论证了接触热阻对整机温度场分布的重要性。基于机床工作空间的形成,选定了机床整机典型位置工况,利用典型位置工况下的整机温度场分析结果,并通过热结构耦合分析方法对整机进行热变形分析。引用国家机床几何精度检验标准中的线性偏差与角度偏差评价机床整机热变形规律,结果表明机床沿Z坐标方向的热变形较大,故需对该向零部件结构或参数予以着重优化改进。     

新工科物联网实验教学云平台开发与应用

为了培养新工科背景下的高端复合型人才,文中调研机械基础课程的现状,探索实验教学创新模式,以课程教学互动APP、物联网实验教学系统、教学轨迹数据分析与评价系统为基础,打造一个集互动学习、实验台设计、虚拟仿真分析、实验台实物搭建、实验台控制与测试为一体的“虚拟—现实”场景,让学生在学习课程内容、开展实验的过程中,充分理解现代数字化设计、智能制造、工业物联网、工业大数据分析等在工程实践过程中的应用。