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.     

基于二阶响应面法的五轴磨床主轴多目标优化

五轴磨床主轴的动态性能和运动精度对精密五轴数控磨床性能有显著的影响,为了保证磨床的转动主轴具有良好的动态性能和最优的运动精度,提出了一种结合各尺寸参数敏感性分析的多目标优化设计方法。首先,在SolidWorks中建立合理的参数化模型,将其导入Workbench中进行模态分析与静态分析,根据分析结果对主轴结构主要参数进行对比;然后,进行BOE试验,通过试验结果数据进行线性回归处理与灵敏度分析,找出对主轴质量、刚度与低阶固有频率这3个目标灵敏度高的结构尺寸;最后,利用Design-Expert软件计算样本点响应值,建立某型号立式五轴磨床的设计输入与响应输出之间的二阶响应面优化模型,并采用多目标遗传算法对优化模型在设计空间内进行求解和分析。分析表明：主轴最大形变位移降低27.35%,质量降低3.81%,低阶固态频率提高了6.03%。     

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。     

复合混凝土立式加工中心床身热特性研究

一种以硅酸盐水泥混凝土为内核主体、环氧树脂混凝土为外部包覆层的新型复合混凝土材料应用到某型号立式加工中心床身的制造,测试该复合材料的比热、导热系数、热膨胀系数等热性能参数,运用有限元分析软件Ansys workbench对床身进行稳态热分析和热-结构耦合分析,并且通过实验验证了分析结果的准确性,结果表明该复合混凝土床身与传统铸铁床身和树脂混凝土床身相比具有更好的热态性能。     

基于结构分解的机床床身优化设计研究

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,对床身元结构进行动态特性分析。并以元结构的分析结果为依据,提出了该床身结构的结构优化方案。比较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。     

精密多功能磨床后床身动静态有限元分析

通过对SMF6020精密磨床后床身的结构进行动、静态分析,得出在加工过程中后床身的最大变形及后床身固有频率和振型,为提高精密磨床的整体结构的设计提供了理论依据。     

基于截面拓扑及灵敏度分析的机床床身优化设计

为提高某精密铣齿机床身的动静态性能,运用截面拓扑优化方法寻找床身截面的最佳截面形状,结合有限元法的变量化灵敏度分析法,对床身截面结构中的一些关联尺寸进行灵敏度分析研究,对床身结构进行改进优化。通过与原床身结构进行比较,分析结果表明,优化后的床身的动静态性能得到了明显的改善。     

超精密摆线轮成型磨床人造花岗岩床身瞬态热应力分析

热变形是影响超精密摆线轮成型磨床综合精度的重要因素之一,为了探究超精密摆线轮成型磨床人造花岗岩床身在工作中的瞬态热应力、热变形情况,利用三维设计软件和有限元软件协同仿真的方法,建立超精密摆线轮成型磨床人造花岗岩床身模型,通过对床身施加边界条件及相关载荷来获得床身的瞬态温度场,以获取床身的瞬态热变形、热应力。最后,根据超精密摆线轮成型磨床床身热变形及温度场分布状况,提出了改善床身热变形的若干措施。     

磨床床身非线性频率分析研究

在分析磨床床身低阶频率时考虑接触等非线性因素,提出了一种计算磨床床身非线性低阶频率的方法.以某磨床床身为例,将非线性频率与线性固有频率的计算结果进行对比分析,验证了该方法的可行性.将该方法应用于床身的结构优化中,成功地指导了床身的结构改进.     

基于有限元的立式加工中心床身性能分析

以VMC850B立式加工中心床身为研究对象,以最大变形量为目标,对4种典型工况进行分析与比较,以刀具位于工件右侧的工况作为首要考虑条件,对床身进行了静动态特性分析。选用8种常见材料,运用层次分析法对床身铸造材料进行优化分析。优化前后床身的静动态性能结果表明:在保持床身原有结构及设计前提下,玄武岩纤维树脂混凝土材料整体静动态性能最优,可直接运用于现有结构中,满足机床静动态性能要求,可为其他研究提供理论基础。     

冷镦机床身再设计孔洞的形状优化

针对冷镦机床身的拓扑优化在剔除材料的同时削弱了床身的整体力学性能,提出在冷镦机床身结构拓扑优化后的再设计孔洞区域进行形状优化,即以床身多约束拓扑优化后的再设计孔洞,作为形状优化的设计变量,建立多边界的形状优化模型;描述了形状优化中的Laplacian光顺算法,构建了冷镦机床身再设计孔洞的形状优化过程,并在Abaqus中分别实现了某型号冷镦机床身再设计后单一孔洞和多孔洞的形状优化,分析了不同优化结果对床身整体性能的影响,验证了所提出方法的有效性。     

超精密平面磨床主体结构动力学分析

以超精密平面磨床的主体结构（包括床身、横梁、立柱与工作台）作为研究对象,利用HYPERMESH建立各零部件的有限元模型,并在ANSYS中进行模态分析,分析得到磨床主体结构材料分别为铸铁和人造花岗岩时的前十阶模态,对这两种不同材料所制造部件的动态性能进行对比评估,从而为超精密平面磨床主体结构的材料选择提供了有用依据。     

树脂复合材料整体床身热结构耦合分析

以某企业某种型号数控车床的树脂复合材料床身为研究对象,通过SolidWorks软件建立床身实体模型,把工况下各种工艺参数通过计算得到载荷,然后折算到床身上。运用大型有限元仿真软件ANSYS Workbench对该床身进行静力结构分析、稳态热分析和热结构耦合分析。经过有限元仿真分析,研究了静力结构载荷和热载荷两者同时作用时对床身应力和变形产生的影响。分析结果表明,热载荷对于树脂复合材料床身的影响较小,该材料床身具有良好的热稳定性,有利于减小机床误差,提高加工精度。研究分析为树脂复合材料用于机床床身的综合性能研究提供参考。     

大型数控螺纹磨床床身的模态分析与优化

采用三维设计软件SolidWorks建立某大型螺纹磨床床身的三维模型,并借助有限元软件ANSYS对其结构进行了模态分析,给出床身前三阶固有频率和相应振型,识别了该床身结构的薄弱环节,在此基础上,以床身结构固有频率和设计重量为优化目标,提出该床身结构五种改进方案,并通过对各种方案分析比较确定结构最优方案。优化后的床身与原型相比,重量降低7.84%,前三阶固有频率均有大幅提高,其中第一阶固有频率提高35.46%,实现了床身的动态优化,对大型机床床身的结构优化设计有着较大的借鉴意义。     

立式加工中心床身静态分析及优化设计

针对立式加工中心床身的静态特性对机床加工精度的影响,以T-V855立式加工中心的床身作为研究对象,采用有限元分析方法对床身进行静态特性分析,确定床身结构静刚度,发现床身位移变形量对机床加工精度有较大影响,对床身进行优化设计分析。对关键尺寸进行灵敏度分析,选取对结构影响最大的尺寸进行BP神经网络非线性拟合关系,通过遗传算法对床身进行多目标优化,依据优化结果重构模型,再次进行静态分析,对比优化前后结果,优化后床身总变形量减少11%,床身质量下降13%。该优化设计结果表明,这种优化方法可以提升机床结构件刚度以及机床加工稳定性,对机床性能改进具有指导意义。     

高速磨床机械结构参数化建模与模态分析

基于动态子结构法建立了高速磨床零部件和整机的实体参数化模型,利用MSC. Patran/Nastran建立了高速磨床机械结构的有限元模型,并对主轴、床身和床身-工作台组合结构进行了模态分析。应用LMS振动及动态信号采集分析系统对主轴、床身和床身-工作台组合结构进行了实验模态测试与分析。实验表明,采用基于假想材料的高速磨床结合部模拟技术可使磨床组合结构的动态实验结果与有限元模态分析结果相吻合,实验测试得到的高速磨床机械结构动态特性和利用有限元软件仿真分析得到的结果是一致的,说明利用子结构法建立高速磨床机械结构实体参数化模型是正确可行的。     

数控立式加工中心床身有限元分析与结构优选

数控立式加工中心床身是筋板式框形结构,利用ANSYS有限元软件对床身进行了静态、模态和比较式结构优化分析,得出了该床身动静态性能较优的结构。分析结果表明床身设计结构较为合理,可应用于实际生产。     

基于ANSYS Workbench的凸轮轴磨床床身动静态性能分析

以某型号的凸轮轴磨床为研究对象,基于ANSYS Workbench对床身的动静态性能进行分析,获得床身的动静态特性参数。根据床身的应力云图、变形云图和振型云图可分析出床身的动静态特性参数均符合设计要求。最后进行实验模态分析,分析结果与有限元分析之间的最大误差为7.94Hz,验证了有限元分析结果的正确性,为床身优化设计以及轻量化研究奠定了基础。     

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.