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。     

大型数控双柱立车立柱动力学结构分析与优化

立柱是数控双柱立车的重要支撑件,其结构设计是否合理及其静动态特性的高低直接影响机床的加工精度和寿命。文章通过有限元分析得出立柱的各阶固有频率和振型;并根据虚功原理得到其动力学方程;然后对动力学模型结构进行优化设计,主要以壁厚、筋板厚度、筋板间距为优化变量;最终对改进后的立柱进行分析;并对立柱改进前后的动态特性进行对比分析,运用模态实验进行合理性验证,达到立柱轻量化设计的目的,为同类零部件的生产加工提供理论依据。     

基于ANSYS的机床立柱动态特性分析

以GTM2500数控机床立柱为分析研究对象,主要利用ANSYS分析软件对机床立柱进行模态分析和谐响应分析,确定床身各阶振动模态和固有频率,确定变形最大区域,在此区域选取一点进行谐响应分析。了解机床立柱动态特性,有利于避开机床加工共振频率范围。     

某龙门机床横梁有限元分析及优化设计

本文以某定梁式龙门加工中心横梁为研究对象,针对原有结构特点,应用ProE软件建立机床的三维分析模型,利用ANSYS Workbench软件对其进行静、动态性能仿真分析。根据有限元分析结果,找出原横梁的薄弱环节,提出横梁结构的改进方案。针对改进方案对横梁的三维模型进行修改,并运用软件对其改进后的模型进行验证与分析。结果表明：对横梁结构进行改进后,有效的提高了横梁的静、动态性能,优化后的横梁下导轨安装面的变形减少了11%,上导轨安装面的变形减少了33%,应力减少了38%,一阶模态的固有频率增加了13.7%,为龙门系列机床横梁的设计提供了有益参考。     

加工中心立柱动态特性分析与比较

立柱作为数控加工中心的重要结构部件之一,其动态特性的好坏对机床的切削效率、加工精度和抗振性等性能的影响较为突出,通过实验的方法获取立柱结构的准确模态可为整机性能的优化提供重要依据。采用锤击法对两种不同结构的立柱进行了模态实验,得到了相应的固有频率和振型,并验证了实验结果的正确性。分析和对比结果显示,在实现质量轻化的同时,改进后的立柱的动态性能仍明显优于改进前的立柱,为立柱的结构的选取和进一步优化提供了现实依据。     

基于ANSYS的立柱动态特性分析与拓扑优化

以提高某型加工中心立柱的动态特性为目的,对立柱进行了有限元模态分析和谐响应分析,依据立柱的前5阶模态振型和固有频率及立柱的位移-频率响应曲线,对立柱的动态特性进行分析。运用ANSYS对立柱进行拓扑优化分析,依据分析得到的立柱结构材料最佳分布和立柱设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证。结果表明:立柱前5阶模态固有频率提高,位移-频率响应峰值减小,立柱的动态特性得到显著改善。     

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。     

BFPC填充结构机床立柱设计及其性能分析

为探索提高机床静、动、热态性能和轻量化从而满足机械制造向着高效率、高精度和高自动化程度方向发展需求的新途径,以某立式加工中心的立柱为研究原型,以满足刚度要求和轻量化为约束条件,设计了玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)填充结构机床立柱。利用ANSYS软件对两种结构立柱的静、动、热态性能进行仿真分析,对其轻量化及所需铸铁量进行计算。并将其结果进行对比分析,结果表明,BFPC填充结构机床立柱可在保证轻量化的同时提高机床静、动及热态性能,并有利于实现机床制造的节能减排和绿色环保。     

基于实验模态分析的机床动态性能测试

根据实验模态分析理论,构建了实验模态分析系统.利用压电传感器和加速度传感器作为前端信号采集装置,通过7700Pulse软件采集激励信号和响应信号,然后应用ME’scope软件进行机床实验模态分析.以HMC630rp卧式加工中心整机及其立柱为研究对象开展模态试验,分析结果显示立柱是机床动态性能的薄弱部件,原因在于导轨滑块结合面动态性能较差.     

基于元结构的机匣加工中心立柱动态优化设计

以提升机床立柱动态特性为目标,提出一种基于元结构特征的动态优化方法。依据机械元结构思想将机匣加工中心立柱分解,并提取出能代表其动态特性的元结构。基于有限元模态分析法,探究了元结构中筋板类型及其尺寸参数对其模态参数的影响规律,在此基础上对该元结构进行优化。通过对比结构优化前后的立柱动态特性并对改进后的立柱进行实验模态分析,验证了该方法的可信性。研究结果表明,该方法可以在后续在虚拟设计阶段中有效控制机床的隐性性能指标,为基于动态特性对其进行设计评价提供了数据支撑。     

基于模态柔度和能量分布的机床动态优化设计

使机床切削点动柔度最大值在整个工作频率范围内最小,是机床实现无颤振稳定切削和高精度切削加工的要求,也是对其进行动态优化设计所应达到的目标。基于模态柔度和能量分布的机床结构动态优化设计原理,实现了一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的优化方法。该方法利用切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,首先寻找薄弱模态,再分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定该模态上的薄弱环节,然后在一定的约束条件下,改进这些环节的设计参数,从而实现优化目标。以某型万能工具铣床为例,在整机建模分析计算的基础上,阐述了该优化方法的具体应用。通过模态柔度和能量分布计算,判明该机床的薄弱环节是横梁-水平主轴体系统,针对薄弱环节设计参数的改进实现其质量和刚度的优化,优化后的静柔度和模态柔度都有较大的降低,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低近18%。并在此基础上进行结构改进设计,改进前后机床的谐响应分析和切削试验对比结果表明优化方法有效地改善了机床的动态性能,再生颤振稳定性得到大幅提高。     

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%。     

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。     

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。     

机床支承件结构设计方案优化选择

对机床支承件截面形状和肋板布局形式进行分析对比,以某型号立式加工中心的立柱为例,在ANSYS Workbench平台上对其进行静力学分析及模态分析,比较不同肋板布置方案对立柱刚度及振动特性的影响,为机床支承件结构设计方案优化选择提供参考。     

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。     

机床整机系统振动特性分析

将现代振动测试手段和有限元模态分析技术相结合,对新研发的立式加工中心0540d整机系统进行振动特性分析。用有限元计算方法对新研发的产品整机进行动态性能预估,掌握机床加工区域的振型及系统的固有频率。在该数控机床生产安装完成后对整机进行振动模态测试,把实验得到的模态参数与有限元计算值进行对比验证。结果的对比分析表明,有限元模型的振型与实验基本一致,计算得到的固有频率与测试频率误差在16%之内。说明该有限元模型可以真实地反映实际动态特性的,同时也可以对研发的新产品进行动态特性预估分析。     

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。     

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。     

Design and dynamic optimization of an ultraprecision diamond flycutting machine tool for large KDP crystal machining

This paper presents the design and dynamic optimization of an ultraprecision diamond flycutting machine tool for producing flat half-meter-scale optics. A novel tool holder is designed, which can achieve micron-level axial feeding and tool angle accurate adjustment, and new technology is also used to allow alignment of the spindle axis to the horizontal-slide travel. The design and characteristic analyses of this machine tool are presented, including the static, modal, harmonic, and rotor dynamic analysis for predicting its static and dynamic performance. A prototype is built based on the analysis and FE model considering the joint parameters. The machining test shows that this machine tool can successfully produce 415?×?415-mm surfaces on aluminum and crystalline optics, with 1.3-μm flatness and 2.4-nm rms roughness. Moreover, the differences of design concepts are discussed between the ultraprecision machine tool for optical parts machining and the conventional machine tool.