精密卧式加工中心立柱的结构优化设计

立柱是数控机床极为重要的功能部件,其动静刚度将严重影响机床加工精度。以精密卧式加工中心立柱为研究对象,利用有限元技术分析其动态特性,锁定结构薄弱环节,以此为基础,通过灵敏度法分析立柱壁厚、筋板高度以及厚度结构尺寸对立柱动态特性的影响,并研究了立柱内部筋板布局形式变化对立柱动态特性的影响,最终给出该型机床立柱结构改进建议,研究成果可在一定程度上提升机床整机动静态性能。     

面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究

针对某机床结构薄弱件立柱的结构优化设计,提出了一种基于拓扑优化、筋板形式选择与布局以及尺寸优化的结构设计方法。首先利用有限元法(finite element analysis,FEA)对机床整机进行动力学分析,模态分析与谐响应分析结果表明立柱为影响整机动态性能的关键结构件。然后以立柱结构为优化目标,对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了立柱的最优基本结构形式,再通过选择抗弯、抗扭刚度较好的W类型筋板进行布局与尺寸优化,得到了最终的立柱优化结构。最后对优化的立柱结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在立柱质量减轻的前提下,优化后的整机前六阶固有频率均得到了不同程度的提高,其中一阶固有频率提高了10%以上;并且机床在x方向上的最大共振峰值下降了49.8%,y方向下降了70.1%,z方向下降了66.2%。     

机床整机动刚度薄弱环节辨识与优化方法研究

提出一种机床整机动态分析指导薄弱部件改进的优化思路,即通过对机床整机的动刚度进行分析,辨识出不同激振频率下整机中的薄弱环节,明确优化目标,提高优化效率。利用ANSYS Workbench软件对一种卧式加工中心进行谐响应分析和模态分析,辨识出立柱是整机x向和z向动刚度的最薄弱环节。以立柱结构为优化对象,运用灵敏度分析法计算出立柱质量和固有频率对各个壁板的灵敏度。以立柱固有频率为优化目标,立柱质量为约束条件,建立优化方程。利用Matlab软件求解该方程,得到立柱的优化结果。通过谐响应分析得到优化后机床整机的动刚度,结果表明,优化后立柱在质量不增加的情况下,整机在x向和z向的最大共振峰值降低约6.5%,相应的共振频率提高约10%。     

直线电动机进给系统滚动导轨结合面动态特性参数识别优化

机床结合面对整机的动静态特性有着重要的影响,结合面动态特性参数的识别对提高整机性能、缩短研发周期有重要意义。提出基于LMS Test.Lab试验模态分析和ANSYS响应面法的动态特性参数识别优化方法。基于结合面等效刚度和阻尼值在ANSYS软件中建立直线电动机进给系统有限元模型,对系统进行仿真模态分析,并通过LMS Test.Lab系统进行模态试验测试,对比仿真模态参数和试验测试模态参数,并通过试验测试结果修正有限元模型。最终使仿真模态参数值与试验测试结果相差在8%以内,验证了该有限元模型的准确性。     

基于实验分析的机床结构有限元建模及其应用研究

针对一台数控弧齿锥齿轮铣齿机,进行机床整机的有限元动态和静态分析,测量机床静刚度,进行模态实验测试及分析.结合有限元模态分析结果,依据重要的实验模态和机床静刚度修正导轨结合部有限元模型参数.对机床整机结构进行改进,通过有限元分析计算,改进后整机结构动、静刚度明显提高.为确定机床导轨结合部模型参数提供一种研究思路与方法.     

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。     

数控机床动态特性测试与分析研究

应用试验模态分析方法对某型号数控机床进行了模态试验,得到其固有频率、阻尼比、模态振型、动刚度等参数。测试结果表明,主要薄弱环节集中在滑枕、滑板、立柱处。将现代测试手段和模态分析技术相结合,在综合分析实验结果的基础上,提出在滑枕处增加镶条来提高机床动刚度的方法,并用实验验证了改进措施的有效性。     

高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析

立柱静动态特性对机床整机的性能有很大影响,基于有限元设计高速龙门加工中心立柱结构,为保证机床的动态特性,在ANSYS Workbench软件中建立立柱的有限元模型,并分析立柱两种工况的受力,然后对其进行静力学、模态和谐响应性能分析。仿真结果表明:两种工况下立柱的静态刚度和强度、振动特性均能满足设计指标;谐响应分析找出了立柱在激振频率作用下的共振频率。验证了立柱结构设计的合理性,并为有效避开共振频率,实现高速龙门镗铣床的高速度、高精密切削加工提供了理论依据。     

基于贝叶斯运行模态法的外圆磨床动力学模态参数识别

磨床的动态特性决定了机床磨削的能力、机床磨削的精度,是影响机床性能最为重要的特性。在加工状态下获得机床整机动力学测试结果,是建立机床数字化虚拟样机、评价机床各主要部件动态性能、发现设计缺陷、结构设计优化和机床性能监测的前提。研究基于贝叶斯运行模态分析法（BOMA）对加工状态下的机床整机进行动态性能测试与模态识别,获得整机的模态参数,包括固有频率、模态振型以及阻尼特性等,并对信噪比水平进行评估。     

基于模态预测及敏度分析的机床动特性设计方法

为了提高机床的动态性能,以机床整机固有频率和频响函数振幅为目标,提出基于机床测试数据、进行试验模态分析及灵敏度计算的机床动态特性设计方法。方法首先提取机床测试数据建立机床结构原型模型,逐步计算机床大件结构和整机的固有频率对刚度、质量的灵敏度,确定结构薄弱环节;继而,对薄弱结构,采用模态预测和灵敏度分析方法设计计算,获取更合理的质量和刚度;之后,将设计分析结果输入LMS_Test.lab软件,借助软件完成对原型结构的模态修改,对修改后结构的动力学特性进行模态预测;最后,进行预测结果模态置信验证,确认模态预测的正确性,完整机床动态特性设计方法体系。将该方法应用于实际机床设计中,对比整机优化前后的频响函数曲线和仿真分析验证均证明,基于模态预测及灵敏度分析的机床动态特性设计方法完成的机床优化设计使得机床固有频率得到提高的同时振幅下降,机床的大件结构及整机的动态性能均有提升。