机床部件的有限元—优化设计

本文介绍了一种迭代的有限元法,它是用来处理具有静、动态约束条件的机床部件优化设计问题。首先给出了优化问题的数学模型,其次通过引入松弛变量和拉格朗日函数,推导出具有等式和不等式约束条件的优化准则,最后建立了相应的再设计迭代方程。在优化过程中,我们采用性能修改步和重量减轻步交替进行,从而能自动除掉不起作用的约束条件,保证了稳定地收敛。对机床主轴进行的数值计算表明,用此种分析方法,对具有静、动态约束条件的机床部件进行优化设计,是行之有效的。     

主轴部件的振源,参数识别及动态优化的研究

本文介绍了单轴纵切自动车床主轴部件动态特性方面的实验研究结果。通过空运转试验查明了机床受迫振动的振源。采用截面状态矢量法及模态分析方法,分别识别出了主轴部件的支承参数及模态参数。最后,实现了主轴部件的多参数动态优化。     

对金属切削机床三支承主轴部件的分析研究

主轴部件是机床最重要的运动部件。主轴部件的动、静态性能直接影响机床使用性能。从而机床的设计者和使用者都对机床主轴部件性能很重视。众所周知,机床的三支承主轴部件与二支承主轴部件比较,具有结构复杂、装配困难和成本高等缺点。 本文对中型机床的三支承部件的动、静态性能作了研究,发现辅助支承末起予期的支承作用。本文的结论认为中型机床的三支承主轴部件不一定比二支承主轴部件性能优化。     

C7620车床主轴的静动态特性的有限元分析

以大连机床厂生产的C7620车床为研究对象,利用大型分析软件ANSYS12．0对该型号车床的主轴静、动态特性进行了有限元分析．静态分析确定了在特定工况下主轴的最大变形量和最大应力值;在动态分析时采用弹簧一阻尼单元模拟轴承弹性支撑的方法,通过分析得到主轴的前5阶固有频率和振型．研究结果对于优化机床主轴部件设计、缩短产品开发周期具有理论和现实意义．     

砂轮修形机主轴系统的ANSYS动力学分析

在阐述机床动力学的理论基础上,运用 ANSYS 软件建立了砂轮修形机主轴系统的三维有限元模型,并对其主轴系统进行了动力学分析,得出了静动态下主轴系统的前4阶固有频率和振型曲线,通过对静动态2种状态下分析结果的对比,总结了转速、横向力对主轴系统固有频率的影响.为下一步将要进行的砂轮修形机主轴的动态设计打下了基础.     

基于区间分析的主轴箱稳健优化设计

为了提高机床主轴箱的静、动态性能及其稳健性,采用区间模型描述不确定性,考虑设计参数的不确定性,建立主轴箱的优化模型;采用拉丁超立方试验设计方法,对主轴箱进行静、动态特性有限元仿真试验;采用Ｋｒｉｇｉｎｇ模型拟合主轴箱的静、动态特性;采用基于区间分析的非概率稳健优化设计方法,对主轴箱进行稳健优化设计,并通过有限元分析对主轴箱稳健优化设计结果进行验证。     

铣床整机动态性能的薄弱环节辨识与设计优化（英文）

基于机床结构模态柔度和弹性能分布理论,提出一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的动态优化方法.该方法通过分析切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,利用模态柔度和弹性能分布判定机床的薄弱模态和薄弱环节.根据机床各阶模态对静柔度的比值寻找对机床动态性能影响显著的薄弱模态,分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定薄弱模态上的薄弱环节.在一定的约束条件下,通过改进薄弱环节的设计参数实现设计优化.以某型铣床为研究对象,在整机建模和动态特性分析计算的基础上,阐述了动态性能优化方法的具体应用.通过模态柔度和能量分布计算,确定该铣床的薄弱环节是刀杆及其夹紧系统和床身——水平主轴体结合部,针对薄弱环节设计参数的调整和结构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均有明显的降低,模态柔度对静柔度的分配情况有所改善,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低52%.铣床结构改进后整机动态性能得到有效改善,提高了切削稳定性和加工精度.优化方法适合工程应用.     

基于模态柔度的机床结合部动态刚度正交优化方法

针对合理分配机床结合部动态刚度的需要,提出一种基于模态柔度理论的机床结合部动态刚度优化方法.该方法通过计算机床各阶模态柔度比判定对机床动态特性影响显著的薄弱模态,建立以几个薄弱模态的最小模态柔度为目标函数的多目标优化模型.为提高优化计算效率,引入了灰色系统理论中的灰关联分析法与正交试验设计.以1台精密卧式加工中心为例,将该方法应用于立柱-主轴系统分布的直线导轨、滚珠丝杠和螺栓结合部动态刚度的优化设计,识别出X向直线导轨结合部动态刚度对机床动态特性影响最为显著,并确定了1组结合部动态刚度的最优解.数值仿真和试验结果验证了该方法的有效性与工程实用性.     

机床主轴部件的计算与分析

本文在分析机床主轴部件力学模型的基础上,讨论了有关参数对主轴部件静刚度的影响,并根据TQ—16电子计算机的计算结果,设计了有一定通用性的实用计算图表,它可用来迅速确定主轴部件的最佳支承距、实际刚度及可能达到的最佳刚度。并建议:兼顾刚度和结构布局的合理支承距范围为l=(1.4～1.6)l_o。     

基于螺栓结合的数控车削中心主轴箱静刚度研究

机床静刚度是机床的重要性能指标之一,机床刚度的评价和预测对机床结构设计和加工精度提高有重要意义。数控机床各部件之间存在大量的结合部,结合部的变形占机床总的静变形的85%,在进行机床静刚度分析时,结合部的设置对分析结果的准确性有很大影响。主轴箱与床身导轨之间存在大量的螺栓结合部,基于螺栓结合部利用有限元分析技术,对数控车削中心的主轴箱进行了静力学分析。同时采用一种可靠的检测方法,对此进行了静刚度检测实验。通过分析结果与实验结果的对比,验证了基于螺栓结合部的有限元仿真计算与分析结果的准确性以及分析方法和过程的有效性,为机床主轴箱的刚度预测、评价以及主轴箱的结构改进提供了分析及实验数据依据。     

高速铣床主轴⁃轴承的振动特性分析

主轴是高速铣床的核心部件,其动力学特性直接影响铣床的加工精度。以德国GMN某型高速铣床电主轴为例,采用有限元方法,建立了主轴⁃轴承系统的有限元模型,研究了主轴的固有振动特性,分析了轴承刚度对主轴固有振型和临界转速的影响。在此基础上,研究了高速主轴的不平衡响应特性,分析了不平衡量大小和位置等因素对主轴振动敏感度的影响规律,发现主轴两端不平衡响应敏感,尤其是连接刀具的一端振幅明显,研究结果可为高速机床主轴系统的动力学设计提供一定的参考。     

基于接触热阻的高速精密电主轴热特性分析

主轴系统热问题是高精度机床必须要考虑的关键问题,接触热阻的大小影响机床的传热性能,从而影响其加工精度. 利用表面接触的分形理论,计算接触面的量纲一的接触面积,针对接触微凸体的热阻由基体热阻和收缩热阻形成接触对,建立了一个考虑接触界面基体热阻和收缩热阻的表面接触热阻模型,讨论了不同的分形参数对接触热阻的影响. 以立式加工中心电主轴系统为研究对象,分析了电机的损耗发热和轴承的摩擦发热,运用有限元软件对电主轴模型在有无接触热阻2种情况下的稳态温度场和稳态热变形进行仿真分析. 讨论了有无热阻情况下电主轴温度和变形变化量,论证了接触热阻对电主轴热温度场和热变形的影响. 结果表明:电主轴考虑接触电阻时温度将升高,变形将增加.     

基于多学科协同算法的机床主轴优化设计

用多学科设计优化理论进行了机床主轴参数的优化设计.以主轴质量、外伸端挠度和切应力为同步优化目标,利用协同优化算法思想建立了两级优化数学模型,包括一个系统级模型和三个子系统级模型.运用iSIGHT软件对优化数学模型求解,在使得主轴质量最小的同时保证有较好的刚度和强度.计算结果表明多学科设计优化在处理多目标优化问题时有明显的优越性.     

数控机床高速电主轴的性能研究

介绍了数控机床用电主轴的特性及其应用现状，分析了高速电主轴单元设计制造中的结构设计，轴承选用，动平衡等若干问题，通过电主轴的性能测试表明，该型电主轴设计合理，动，静态性能指标符合要求。     

永磁直线同步伺服电机的端部效应分析

现代高档数控机床对伺服进给系统提出了＂高速、高精度＂的双重要求,采用永磁直线电机直接驱动是实现机床高速、高精度进给的必要途径之一。然而,由直线电机端部效应引起的扰动,也成为影响着机床主轴系统性能的主要因素。本文系统地分析了永磁直线同步伺服电机的静态纵向端部效应、静态横向端部效应、动态纵向端部效应和动态横向端部效应的起因、机理及对电机性能的影响。     

高速木工机械电主轴热态特性分析

介绍了高速木工机械电主轴的特点,分析了高速木工机械电主轴单元的热变形机理.建立了某型高速木工机械电主轴热态特性有限元分析模型,利用ANSYS进行了稳态温度场分析,并利用分布加载瞬态热分析模拟了机床的实际工作情况,得到了电主轴的温度场分布情况,为有效控制电主轴的温升提供了理论依据.在分析结果的基础上,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考.     

立式微铣床结构的优化设计与分析

在立式微铣床的设计期间,对机床常用结构进行拓扑优化分析,初步确定龙门结构基本形状。然后通过Ansys Workbench中的Design Exploration模块设计仿真实验,采用响应面法(RSM),以减小静力变形量和应力为目标,对立式微铣床龙门结构的跨度和高度参数进行了优化,利用权函数法得出该模型下的最优结果,加强了立式微铣床龙门结构稳定性。最后通过有限元分析软件对该立式微铣床整机结构进行了动静态特性分析,对微铣床结构设计上能否满足设计要求进行了校核。     

优控主轴转速系统极限切削深度

对优控主轴转速系统的极限切削深度进行了试验考证。考证结果表明 :与未控主轴转速系统相比 ,优控主轴转速系统的极限切削深度明显提高 ,利用主轴转速寻优控制方法可以大幅度提高机床的切削效率。     

KD2570-E电主轴临界转速计算及振动分析

电主轴是高速数控机床的核心部件,机床加工过程中电主轴的跳动和振动直接影响到产品的加工精度和电主轴的寿命,故对电主轴的振动状态分析尤为重要。基于传递矩阵,用普劳尔迭代计算了KD2570-E电主轴临界转速,分析了机床工作过程中引发电主轴机械振动的主要原因,并提出了相应减小振动的对策。