机床导轨结合部的有限元模型

基于结合面特性参数，提出了机床导轨结合部特性仿真分析的有限元方法，通过该方法可以建立机床整机性能分析的有限元模型。给出了导轨结合部上反映界面连接特性的六结点接触单元的刚度矩阵，并将其与通过实验获得的结合面特性参数联系起来，通过实例建立了机床整机分析模型。整机刚度的实验结果与计算结果的比较，证实了该方法的有效性。     

铣齿机有限元建模及优化设计

针对螺旋锥齿轮铣齿机结构进行了Y向静刚度实验和模态实验,且由切削实验验证了实验1阶模态频率。基于结合面法向解析刚度及模态实验结果建立了床身立柱结合面有限元仿真动力学模型,而且由实验静刚度建立了整机Y向静刚度有限元模型。鉴于铣齿机笨重,分别对床身和立柱单件进行了轻量化设计,发现在前3阶固有频率削弱小于5%的情况下,质量分别减轻了18.86%和27.4%,且对应整机模型固有频率和刚度均提高。进一步分析了结合面参数动态灵敏度,并用坐标轮换法确定了最优的结合面刚度参数,为导轨选型提供了一种实用方法。为设计类似机床提供了依据,也为更加实用的动力学建模、更加有效的筋板参数优化及结合面动态性能优化提供了依据。     

一种螺栓结合部刚度四点等效方法

螺栓结合部是机床结构中应用最普遍的固定结合部之一,直接影响着机床整机性能。应用有限元软件分析机床整机结构性能时,为了保证计算精度,需要精细划分螺栓结合部网格,导致计算规模大、耗时,因此探索简单有效的机床螺栓结合部有限元模型的处理方法具有重要意义。基于实验获取结合面基础特性参数,通过解析方法得到螺栓结合部中每个单元螺栓结合部的六项刚度,然后基于刚度等效原则将每个单元螺栓结合部等效成对称分布的四个弹簧单元,给出了等效弹簧刚度及位置的计算方法,在机床整机结构有限元分析时,以等效弹簧单元代替单元螺栓结合部,直接将其等效刚度代入有限元模型求解,可大大简化有限元计算模型。实验验证该等效方法是可行的。     

导轨结合部动力学建模仿真与试验研究

通过弹性力学中经典的赫兹接触理论,计算得到由滚珠丝杠副及直线滚动导轨副构成的进给机构的各部分的接触刚度,建立理论动力学模型。对所建模型在ANSYS软件中进行有限元仿真,进行模态分析。利用比利时某公司提供的机床结构模态分析设备对动结合部系统进行模态激振实验。最后提取实验与仿真分析中所得到的动结合部系统的固有频率,做一对比,并提取分析对应振型,为以后的动力学建模、结合部参数识别以及机床的结构优化设计提供了一定依据。     

高速磨床整机动态特性研究

建立了某高速凸轮轴磨床整机的三维有限元模型,利用反求方法确定了结合部的基础参数,对整机进行了模态分析,初步确定了整机动态性能的薄弱环节,研究了结合部刚度参数对整机低阶模态的影响,提出了结构改进方案。建立径向基函数近似模型表征床身—工作台系统结合部刚度与其固有频率之间的隐式函数关系,通过对该系统进行模态实验测试,并与优化方法相结合,确定了该高速磨床床身工作台系统的结合部刚度参数。结果表明,该方法对整机建模和动力学性能的分析简单有效,增加垫板在床身上的约束可以有效地改善该高速磨床的动态特性。     

基于能量分布的机床整机动态特性优化方法

基于机床结构中的能量分布,在准确建立立式加工中心整机有限元模型的基础上提出一种整机动态性能优化方法。采用弹簧阻尼系统等效结合部的接触特性,基于辨识的结合部等效刚度和阻尼值在Ansys中建立了立式加工中心整机有限元模型,对整机进行模态分析和谐响应分析。通过整机模态试验验证了该有限元模型的准确性,并根据有限元分析与试验结果确定整机的薄弱模态。计算薄弱模态下整机、结合部的弹性能以及结合部在整机中的弹性能分布率,以分布率较高的结合部作为薄弱结合部。基于薄弱结合部的等效接触刚度提出优化方案,优化后薄弱结合部的弹性能分布率明显降低,主轴轴端的动态响应幅值降低,从而使整机动态性能得到改善,验证了该优化方法的可行性。     

数控机床滚动导轨结合面参数的特性分析

机床导轨结合面是影响机床特性的关键因素,在机床整机的建模分析中是必须要考虑的部分。根据滚动导轨结合面的模态试验结果和有限元分析结果,对导轨结合面的参数进行优化识别,得到导轨结合面的动刚度和阻尼,为机床整机建模分析提供了重要的依据。     

基于汽车座椅导轨试验模态的结合部刚度优化

汽车座椅导轨结合部的刚度决定着导轨的主要动态特性。以某型号汽车座椅导轨为研究对象,运用有限元分析和模态试验方法对导轨结合部刚度进行优化。在导轨有限元模型中,用刚度阻尼单元模拟钢珠与导轨内外轨之间的接触。以试验模态固有频率作为目标,弹簧刚度作为设计变量,运用优化软件OptiStruct优化接触部的等效刚度。用优化后的等效刚度参数对导轨进行重新建模,结果表明该方法能够提高有限元动力学模型的建模精度,较好地解决了结合部建模时动力学参数的获取问题。     

TJK6916机床结合面参数优化识别

受企业委托开发的TJK6916落地式数控镗铣床,主要由床身、滑座、立柱和主轴箱等部件组成,大量研究表明各结合面的刚度和阻尼占机床的总刚度和总阻尼的比例很高。文中,首先通过对TJK6916数控落地镗铣床样机进行模态试验,获得机床各主要结合部的模态参数;再利用有限元参数优化识别方法识别出各结合部的刚度和阻尼参数,并利用COMBIN14单元模拟已识别出的结合部刚度和阻尼参数建立TJK6916整机有限元模型。这一研究成果为该型机床有限元分析及优化设计提供了一定的理论依据。     

考虑导轨结合部特性的立柱-主轴系统动静力学特性分析

以NSK LH35型直线滚动导轨为例,详细叙述了利用假想材料和弹簧-阻尼单元对该导轨结合部进行有限元建模的方法,并利用上述模型对导轨系统进行了静力学和模态分析,通过模态实验验证了导轨系统有限元建模的合理性。进一步,将导轨模型引入到某立式加工中心立柱-主轴部件模型中,分别对部件系统进行了静力学分析与模态分析,将分析结果与不考虑导轨结合部特性的情况进行对比,发现两者差异较大。对比分析结果说明导轨结合部对整机动静力学性能有着重要的影响,整机建模与分析时必须引入导轨结合部的力学特性。     

数控重型机床阶梯式导轨的有限元分析

对于重型数控机床,导轨起到至关重要的导向和支撑作用.导轨的形式、结构直接影响数控机床的刚度,进而影响机床的精度及稳定性.阶梯式铸铁导轨是重型机床常采用的导轨形式.文中采用有限元分析法对大型机床立柱的阶梯式导轨进行静力分析,分析出其受力情况.分析结果为导轨几何尺寸及阶梯差提供了可靠的理论数据,并在实践中得以应用.     

基于结合面的龙门五面加工中心虚拟建模及静刚度研究

静刚度是机床性能的重要指标,有必要在设计阶段对其进行预估。针对正在设计中的Linear MC6000型龙门五面加工中心机床,在CAD软件UGNX2.0环境中建立了其各部件及整机的三维实体模型。在有限元分析软件ABAQUS6.51环境中,用弹簧单元来模拟滑块与直线导轨的接触刚度,建立了机床的有限元模型,并对其静刚度进行了分析。     

机床导轨结合面动刚度参数修正优化

目前,有限元方法已经广泛应用于机床分析及优化设计之中,有限元模型的准确性会对静动态分析产生巨大的影响,模态试验测试方法可以用于检验并修正模型。以某数控雕铣机为分析对象,将模态试验与有限元计算相结合,基于模态试验的动态参数测试结果,利用ANSYS Workbench有限元分析软件进行多目标优化设计,修正导轨结合面刚度参数,使矫正后的有限元模型更为准确地描述机床的动态特性。     

DYNAMICS ANALYSIS OF SPECIAL STRUCTURE OF MILLING-HEAD MACHINE TOOL

The milling-head machine tool is a sophisticated and high-quality machine tool of which the spindle system is made up of special multi-element structure. Two special mechanical configurations make the cutting performance of the machine tool decline. One is the milling head spindle supported on two sets of complex bearings. The mechanical dynamic rigidity of milling head structure is researched on designed digital prototype with finite element analysis（FEA） and modal synthesis analysis （ MSA ） for identifying the weak structures. The other is the ram structure hanging on milling head. The structure is researched to get dynamic performance on cutting at different ram extending positions. The analysis results on spindle and ram are used to improve the mechanical configurations and structure in design. The machine tool is built up with modified structure and gets better dynamic rigidity than it was before.     

微量进给结构的研究和应用

精密机床在加工中,精确进给是机床制造中的一大难题。通过对进给结构中进给爬行、传动刚性、机床振动的分析,针对机床的用途,采用静压导轨、直线滚动导轨、磕头机构、静压偏心套机构等不同进给机构,消除了不利因素对进给的影响,达到精确进给的目的。     

数控重型曲轴铣车复合加工机床旋风刀架有限元分析

针对数控重型曲轴铣车复合加工机床旋风刀架的结构特点,利用UG软件建立其三维模型,对旋风刀架恒流静压导轨的油膜刚度进行了计算,采用ANSYS软件建立了旋风刀架有限元模型,并进行了静力和模态分析,得到了其应力分布图、结构变形图以及前6阶固有频率和模态振型。对计算结果的分析表明:旋风刀架具有良好的静力特性和动态特性,能够满足设计要求。指出了旋风刀架结构设计的薄弱环节,并为其结构优化设计提供了一些参考数据。     

机床结合部特性的理论解析及应用

对机械结构的结合部特性进行了理论解析,从基本的动力学方程出发,推导出单平面结合部静位移与结合部受力之间的关系,进而转换为静刚度的表达式;并基于一个振动周期中某方向的输入能量与阻尼消耗的能量相等的概念,推导出单平面结合部阻尼的表达式。将机械结构中的多平面结合部,看成是多个单平面结合部的组合,而将回转结构等效为正多面体。由此,在机床结合部结构形式、受力大小确定的条件下,可以计算出结合部的等效结合刚度和阻尼。为了在机床整机动力学建模中融合结合部的特性,给出刚性结合和柔性结合两种情况下的协调方程。通过对XK712B立式镗铣床的整机建模和计算,并与试验结果进行比较,结果表明,综合静刚度相对误差的绝对值小于5%,固有频率相对误差的绝对值小于9%。将结合部特性融合到机床整机模型中,可以更精确地预测机床整机的综合静动态特性。     

A new machine tool with parallel kinematic structure

A new machine tool with parallel kinematic structure and a special Hooke’s joint of increased rigidity is described. The static rigidity of the machine tool is simulated. Nonuniformity of the rigidity distribution at characteristic points of the working space is analyzed with different directions of the cutting force.     

XH715型机床床身动静态有限元分析

XH715型机床床身是肋板式框形结构，利用ALGOR有限元软件对床身进行了模态、静态和谐响应分析，得出了该床身动静态性能参数，分析结果表明床身设计结构较为合理，可应用于实际生产。