基于结合面的车铣复合加工中心有限元建模

结合面是影响机床动态特性的关键因素,在机床有限元建模过程中必须考虑结合面的影响.以某车铣复合加工中心为研究对象,基于固定结合面和移动结合面的有限元建模,建立了整机的有限元模型.对整机有限元模型进行模态分析,并对整机进行模态试验,然后将整机的模态分析的计算结果与实验结果相比较,证实了该有限元模型的准确性和该结合面建模方法的有效性.     

直线电机驱动的微铣床整机动态特性分析

以直线电机驱动的三轴微型数控铣床为研究对象,用结合面积分法计算出机床各主要结合面的参数,分别建立考虑结合面和不考虑结合面影响的两种整机有限元模型,并对两种模型进行模态分析。搭建了微铣床模态测试系统,完成了实验模态分析。实验结果表明,零件结合面对机床模态具有较大影响;实验模态测试结果和考虑结合面影响的模态分析结果基本一致,最大误差为8.1%,验证了考虑结合面整机有限元模型的合理性和正确性。在此基础上完成了整机谐响应分析,分析结果表明,主轴底端最大动位移为1.2μm,基本满足机床的设计要求。     

微型移动龙门式铣床结构优化设计

针对某微型移动龙门式数控铣床的结构薄弱处,提出一种基于拓扑优化以及正交试验设计方法的整机优化设计方法。首先,建立其本体有限元模型,在具体工况下对其进行了静力学分析,得到了位移、应力云图;通过模态分析,得到其前十阶模态固有频率和主振型。根据有限元分析结果,基于拓扑优化原理,以最小应变能为目标函数,立柱质量为约束条件,对微型铣床立柱进行了优化设计;采用正交试验的方法,以工作台自重下最大位移为优化目标,T形槽大小、槽间距、工作台厚度和工作台支撑面积为设计变量,对工作台进行了优化设计。最后对优化后整机结构进行了有限元仿真,结果表明优化后整机静动态性能有了明显提高。     

某型号加工中心整机模态的分析测试及预测评价

为了准确、有效、快速地获取某型号加工中心整机的固有频率和振型,结合改进弹簧刚度法与虚拟材料法对某加工中心关键结合面进行了处理,建立了该加工中心的有限元模型。采用有限元分析法获得了该加工中心的前4阶模态参数,以有限元分析结果为指导,确定模态测试的布点密度、测点位置、采样频率、边界条件等试验参数;采用SIMO锤击法对该加工中心进行模态测试,通过比照模态分析与模态测试的结果,修正仿真模型获得更为精确的仿真模型。分析结果表明:使用改进的弹簧刚度法与虚拟材料法比单独使用弹簧刚度法及虚拟材料法能够更加准确地拟合试验结果。最后,根据机床实际工况确定边界条件,以模态仿真结果为依据对机床动态特性进行评价,为后续建立机床适应性评价体系提供了可行、准确的特征参数提取方法。     

基于ANSYS的落地式镗铣床模态分析

用有限元分析和试验的方法,对TX6916落地式镗铣床进行模态分析.采用有限元分析软件ANSYS,在三维实体模型的基础上分别建立镗铣床刚性连接、结合面弹簧阻尼连接的有限元模型,对落地式镗铣床进行模态分析,将试验数据与有限元计算结果进行对比,结果表明结合面采用弹簧阻尼连接的有限元模型的分析结果与实验结果吻合较好.此外,对模态分析误差产生的主要原因进行分析,从而找到进一步优化模型的途径,为该型机床的进一步动力学研究及优化设计提供参考.     

基于ANSYS/WORKBENCH的机床动态性能分析及改进

基于Pro/E与ANSYS/WORKBENCH协同仿真及优化的解决方案,建立了某精密卧式加工中心立柱结构的有限元分析模型。以提高其模态频率为目标,进行了结构型式及尺寸参数的优化设计。在考虑结合面单元特性的整机模型中验证优化效果,结果表明:在降低加工中心质量的同时提高了整机结构动刚度。优化设计方法及结果为机床设计提供了重要依据。     

液压金刚石飞切机床整机模态分析

以我国自主研制的某液压金刚石飞切机床为研究对象,对考虑地基的机床整机动态性能进行研究。使用UG和ANSYS Workbench联合仿真对机床整机进行有限元模态分析,得到机床的前6阶固有频率和振型;运用模态测试系统对机床整机进行模态测试,基于实模态参数识别方法获得机床的模态参数。通过有限元仿真与试验结果对比分析发现,前6阶固有频率误差均不超过10%且对应模态振型基本一致,验证了研究结果的正确性。机床整机低阶模态振型表现为床身系统相对地基的整体转动与平动,说明机床整体机构设计合理,为机床整机进一步的时变多体动力学规律预测奠定了基础。     

卧式加工中心螺钉连接结合部刚度等效方法研究

文章基于吉村允孝法,将螺钉结合面面压分布规律、相关理论与试验相结合,进行某新构型卧式加工中心螺钉连接结合部刚度等效处理分析与研究,以提高整机动力学计算精度。利用有限元法分析了预紧力-结合面压力分布的作用关系,并建立了应力分布曲线;考虑到连接结构中垫片的影响,进一步提出了带垫片结构的螺栓连接结合面刚度计算模型。最后将结合面刚度法向、切向等效参数代入有限元模型进行计算,并与机床模态测试数据进行比较,以证明该刚度等效模型及方法的合理性及准确性。     

滚柱直线导轨副结合面参数识别与数值模拟

导轨副结合面静、动态特性对于机床整机性能有着显著的影响,导轨副结合面参数准确识别是机床整机性能预测的基础。国内现有导轨副设计方法落后,严重制约了机床功能部件及整机制造行业的发展。建立一种实用的滚柱直线导轨副动力学建模方法,采用有限元法对导轨副的自由和约束模态进行分析研究,并分别进行了实物模态特性测试,最后将仿真分析结果和实验测试结果进行对比。结果表明:仿真计算结果与试验结果的误差在8%以内,所建立的滚柱直线导轨副动力学模型具有较高的精度,可用于导轨副乃至机床整机特性预测。     

直线导轨副动态特性的试验研究及有限元分析

对日本THK公司生产的某型直线滚动导轨副进行了接触分析,得到了直线滚动导轨结合面的法向和切向静刚度.通过建立直线滚动导轨副的动力学理论模型和有限元模型;进行了理论模型的计算和有限元模型的模态分析和谐响应分析;并通过导轨滑块的动态试验验证了理论模型和有限元模型的准确性.此研究结果为数控机床整机的动态分析、结构优化提供了有效的指导作用.     

机床模态特性的有限元分析

采用了ANSYS软件对机床模态特性进行了有限元分析。在有限元模型中引入了用户自定义单元来模拟结合面的刚度。重点分析了机床固定立柱和底座结合面的刚度对机床模态的影响，为机床的下一步设计提供了参考。     

Finite element analysis of machine and workpiece instability in turning

Chatter is a well-known and self-exited vibration. The stock removal rate is highly affected by this phenomenon. In this paper instability analysis of machining process is presented by dynamic model of turning machine. This model, which consists of machine tool's structure, is provided by finite element method and ANSYS software, so that, the flexibility of machine's structure, workpiece and tool have been considered. The model is evaluated and corrected with experimental results by modal testing on TN40A turning machine in which the natural frequencies and the shape of vibration modes are analyzed. Finally, the stability lobes obtained from this model are plotted and compared with experimental results.     

大型高效数控铣床有限元模态分析

应用ANSYS有限元软件对大型高效数控铣床进行了模态分析。在其三维实体模型的基础上建立了该机床模态分析的有限元模型,通过对模型的求解得出了前九阶固有振动频率和相应的主振型。并在此基础上,指出了机床存在的不足,对此又建立了四种不同的模型并分别进行求解。通过对四种模型所求结果的比较,提供了一种较为合理的结构设计方案。     

数控铣齿机主轴箱箱体振动模态及试验分析

文章以数控高速铣齿机为研究对象,针对主轴箱动态特性进行研究。采用Pro/E软件建立主轴箱箱体三维实体模型,运用有限元分析软件ABAQUS对主轴箱进行仿真分析,获得主轴箱自由模态的固有频率和相应振型。利用LMS模态实验系统中的Impact Testing模块测试得出模态试验结果与计算结果基本一致,说明了主轴箱振动模态分析方法的可行性,为其动态响应分析提供可靠的依据。     

一种激光切割机横梁的优化设计方法

将某型号激光切割机的横梁进行简化,建立横梁结构参数化几何模型,并根据参数化模型建立有限元模型,根据模态分析结果从多个结构参数中选取设计变量,使用有限元分析软件对设计变量进行优化,得到结构参数最优解,此方法可代替传统方法对模型进行反复修改和计算,可提高设计效率。     

基于模态应变能灵敏度的数控机床床身结构分析与优化

基于床身有限元模型进行模态分析,选取1阶模态下模态应变能集中的位置,引入灵敏度分析方法对床身的设计尺寸进行优化。优化结果表明:优化后1阶模态应变能分布均匀,降低了床身质量,同时可以减少结构优化的盲目性,提高优化效率。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、优化设计提供了重要的方法和理论依据。     

滚动导轨智能组合单元结合部动态特性研究

以滚动导轨智能组合单元为研究对象,借助赫兹接触理论,分析计算滚动导轨副、滚珠丝杠副和角接触球轴承的刚度,建立了滚动导轨智能组合单元结合部的动力学理论模型.通过对滚动导轨智能组合单元结合部进行相应的简化,采用弹性单元模拟结合部特性,提出结合部特性仿真分析的有限元方法,建立该机构的有限元模型,并对其进行了模态分析和谐响应分析,得到该机构的动态特性.分析结果为滚动导轨智能组合单元的动态特性优化提供了理论依据.     

Modeling linear guide systems with CoFEM: experimental validation

In this work a new efficient finite element (FE) model for rolling contact [RiBEM (rigid ball with equivalent material)] is shortly presented. The RiBEM model is used to efficiently compute the eigenmodes of a linear guide system. Experimental modal analysis of the real linear guide shows with 5?% error a very good correlation with the numerical results. Although the new contact model reduces computational time by more than ten times compared with the standard FE model, it is still too expensive for use within whole machine tool models. For this reason an equivalent, mesh independent and geometrically scalable model (rolling contact spring) based on the Hertz theory is introduced and also validated with the help of modal measurements. As a justification for the presented work, results with stiffness data from the manufacturer are also presented and less correlation with the experiment is found in this case.