基于元结构和框架优选的数控机床床身结构动态设计研究

提出数控机床大件结构设计元结构和基本框架的概念,把由床身筋板围成的栅格称为筋格,床身的宏观构形为基本框架。筋格的动态特性直接影响机床床身的动态特性。分别以筋格各边长、板厚和清砂孔径为设计变量,以筋格的固有频率为优化目标,进行有限元动态设计,得到相应的筋格的基频随设计变量变化的曲线图;通过有限元分析,忏悔 床身的高度与宽度接近时,床身的动态特性较好。用有限元分析法对简化的床身结构动态特性进行研究,总结出对数控机床身设计具有普遍指导意义的规律,可用于数控机床床身结构初步设计。     

基于灵敏度分析的五面加工中心床身结构优化设计

机床床身是机床的重要部件,它起着支撑立柱、工作台等部件的作用,其性能的好坏直接影响到机床的加工精度。在对HX7910五面加工中心床身结构动态优化设计过程中,建立HX7910五面加工中心床身的有限元模型,分析了其前六阶模态。根据分析结果确定筋板为优化对象,采用灵敏度优化法首先对床身内部筋板结构参数进行动态灵敏度分析。在灵敏度分析基础上,进行结构优化设计,得到了较优的结构参数,提高了加工中心床身的动态特性,从而提高床身的性能。     

基于ABAQUS的数控成形铣齿铣床床身结构的动态优化设计

床身是数控机床的重要基础部件,其结构设计是否合理将直接影响整个机床的动态特性。文中运用ABAQUS对某型数控铣齿机床床身进行模态分析,对比分析了圆形和方形两种不同的出砂孔形状对床身固有频率的影响,同时对床身内部横向、纵向筋板厚度以及床身壁厚的变化对床身动态特性的影响进行了分析,并以此结果为依据,在避免数控机床发生共振的前提下,以减轻床身的重量为优化目标,对原有机床进行结构优化,最终使得床身重量减轻了1.68t,满足优化目标,也为后续机床结构设计提供参考依据。     

高速立式加工中心床身结构动态设计

床身是机床结构的重要组成部分,对机床整机的动态特性具有重要影响.为了提高床身结构的动态特性,建立高速立式加工中心床身的CAD/CAE模型,借助有限单元法,运用灵敏度分析和结构优化的方法,对加工中心床身开展以提高床身的低阶固有频率为目标的动态结构优化设计,得到床身筋板厚度和壁厚的最佳匹配值,使床身前两阶固有频率较优化前的结构分别提高了11.44%和1.69%,床身动态特性得到明显提高.     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

基于动力学特征的磨床床身结构优化布局设计

用有限元方法对内圆磨床床身结构进行建模和和动态分析,通过探讨改进床身内部筋板的不同布局对床身结构动态特性的影响,发现调节筋板布局是改善床身动力学特性的关键。     

加工中心床身结构分析

用有限元方法对ＴＨ５６６３型数控加工中心机床的床身结构进行分析,并对床身筋板的不同布局方案对机床刚度的影响进行了探讨,为机械大件结构的合理性设计与性能分析进行了有益的尝试。     

机床床身性能分析及方案优选

运用现代设计方法,采用Siemens NX软件的高级仿真功能,对3台筋板布置结构不同的机床床身进行了动静态性能分析。通过对3台机床床身的薄弱环节和动态性能的对比,得出了性能最优的筋板布置方案。借鉴另外2种床身的优点,进一步提出了圆筒形筋板结构布置方式的床身结构改进建议。     

机床床身性能分析及方案优选

运用现代设计方法，采用SiemensNX软件的高级仿真功能，对3台筋板布置结构不同的机床床身进行了动静态性能分析。通过对3台机床床身的薄弱环节和动态性能的对比，得出了性能最优的筋板布置方案。借鉴另外2种床身的优点，进一步提出了圆筒形筋板结构布置方式的床身结构改进建议。     

基于元结构的精密机床床身结构动态分析和优化

为提高某精密数控机床床身抗振性能,运用结构动态优化原理和有限元法的变量化分析方法,对精密机床床身元结构进行动态特性分析。并以元结构分析结果为依据,提出了该床身结构的2种结构优化方案。比较分析2种结构优化方案与原床身结构方案的动态性能,分析结果表明,优化方案床身的动态性能得到了明显提高。     

多轴数控专用机床床身动态特性的可靠性优化研究

针对多轴数控专用机床床身重量大、成本高的问题,将可靠性优化方法应用到床身的优化中。研究了床身的动态特性,集成Pro/E、ANSYS和Isight建立了可靠性优化的响应面近似数学模型,分析了设计变量对床身动态特性的影响;将床身重量最轻作为优化目标,以床身动态特性的可靠度为性能约束,采用多岛遗传算法对床身的壁厚、加强筋的厚度和数量进行了可靠性优化设计。研究结果表明,优化后的床身重量减小15.23%,动态特性的可靠度由99.971%提高到99.999 99%。     

渐进成形机床床身结构分析与优化设计

以ANSYS13.0 Workbench为平台,用有限元方法对某型号金属板料数控渐进成形机床床身进行了静力和动态性能分析.在分析结果的基础上运用灵敏度分析的方法对机床进行进一步优化,提高了床身的动态特性.文中的优化设计方法可以推广到机床其他结构动态性能优化中.     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

基于动态灵敏度分析的数控机床床身结构优化设计

基于有限元分析方法,在结构动态特性灵敏度分析的基础上,对床身进行结构与动态性能优化,保证其良好动态刚性的同时,减轻床身质量,减少材料消耗,降低生产成本。文中的优化设计过程与方法可推广到机床其他部件的结构动态性能优化中,从而为机床整体结构动态特性的改进、机床整体结构的优化设计提供了重要的方法和理论依据。     

高速加工中心立柱结构的拓扑优化

基于连续体ICM拓扑优化方法，提出了以体积为约束条件，机床的固有频率为目标函数的结构动态设计方法。为提高拓扑优化的精度，在结构优化过程中，同时也考虑了非设计区域的动态特性。将该方法应用到XH6650高速加工中心的立柱结构优化中，从而提高了机床的整机动态特性。     

平面磨床床身结构分析与优化设计

平面磨床床身动静刚度直接影响机床的加工质量。通过建立某型平面磨床床身有限元分析模型并进行静态和模态分析,对床身结构进行改进,然后在此基础上进行结构优化,优化后床身质量下降15.6%,而结构的固有频率和刚度变化不大,取得明显的优化效果。     

基于子结构阻抗匹配与优化拟合的高精度磨床整机动力学建模研究

基于分布质量 Riccati传递矩阵法和有限元法 ,分析了高精度内圆磨床的自由转子和由床身、工作台等部件所组成的基础的动态性能。根据阻抗匹配原理 ,建立了由转子—轴承—基础所组成的整机动力学模型。通过整台机床的试验模态分析 ,采用参数优化拟合修正动力学模型 ,并计算出滚动轴承刚度 ,为整机动态性能分析优化奠定基础。     

三点支撑T形床身机床垫铁位置多目标优化设计

For the optimal position problems of the three-point supporting machine tools, a optimal method was proposed to optimize the locations of the three-point supporting. The detailed design processes were introduced with a T-shaped bed of a CNC cylindrical grinder which was taken as the research object. Firstly, the initial supporting positions were determined by the method of dividing bottom plane of the bed and finding the centroid of each region, and the pad-iron positions were parameterized, then the parameter ranges were specified according to the position limit conditions. Secondly, the multi-objective optimization mathematical model of pad-iron positions was established, and the optimal solution was obtained to achieve the optimal static and dynamic performances of the bed. Finally, by analyzing the relationship between the three pad-iron positions obtained from Pareto frontier and the bed geometric sizes, the arrangement rule of three-point support for this model was obtained. The results show that the static and dynamic performances of the bed are improved by this suggested method.