数控机床回转工作台动态性能分析与仿真

采用机械动力学原理建立数控机床回转工作台传动系统的数学模型,利用MATLAB软件的动态仿真工具箱Sim-ulink构造交流伺服电机驱动回转工作台传动系统的仿真模型,获得了反映数控回转工作台动态性能的时域和频域特性仿真曲线,通过仿真结果对系统的快速性和稳定性进行了分析,同时考虑齿轮以及蜗轮蜗杆传动间隙对传动精度的影响,给出了提高数控回转工作台动态性能的措施.为数控回转工作台进给伺服系统的设计、参数选择以及性能优化提供了理论依据.     

基于RecurDyn和ANSYS的电动农用车悬挂机构优化设计

电动农用车悬挂机构存在设计冗余的问题,为了对悬挂的上臂机构进行优化,建立了悬挂机构刚柔耦合模型,通过多体动力学仿真,确定了上臂机构各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单变量静力学仿真试验,建立了上臂机构最大等效应力与四个结构参数之间的单变量数值拟合模型,通过正交仿真试验,建立了最大等效应力与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型,并将仿真值和数值模型计算值进行了比较,验证了模型的可靠性,同时,利用同种方法建立了悬挂上臂质量与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型。最后,以最大等效应力最小值和质量最小值为优化目标,利用遗传算法进行优化,获得了最优设计参数。优化结果表明:优化后的上臂机构具有相对更小的质量和更大的强度,结构更加合理,该方法可为其他设计提供参考。     

基于RecurDyn和ANSYS的电动农用车悬挂机构优化设计（英文）

电动农用车悬挂机构存在设计冗余的问题,为了对悬挂的上臂机构进行优化,建立了悬挂机构刚柔耦合模型,通过多体动力学仿真,确定了上臂机构各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单变量静力学仿真试验,建立了上臂机构最大等效应力与四个结构参数之间的单变量数值拟合模型,通过正交仿真试验,建立了最大等效应力与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型,并将仿真值和数值模型计算值进行了比较,验证了模型的可靠性,同时,利用同种方法建立了悬挂上臂质量与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型。最后,以最大等效应力最小值和质量最小值为优化目标,利用遗传算法进行优化,获得了最优设计参数。优化结果表明:优化后的上臂机构具有相对更小的质量和更大的强度,结构更加合理,该方法可为其他设计提供参考。     

新型动静压转台螺旋油楔几何参数优化

为提高一种新型动静压回转工作台承载能力,对其动环上端面螺旋油楔几何参数进行优化设计。首先建立摩擦副物理模型并数值求解控制方程,理论计算液膜压力分布及动压承载力等部分润滑性能。以动压承载力作为目标函数,建立以螺旋角、楔深和楔数为设计变量的优化模型。使用布谷鸟搜索算法求解优化模型,分析不同工况下最优解分布规律,得到设计变量的最优组合。通过理论计算和CFD仿真比较优化前后的转台动力学性能,印证了文中优化方案的应用价值。     

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。     

航空发动机叶片修复机床传动系动态建模及仿真

为了建立更加接近航空发动机叶片修复焊接机床真实运动的动态运动模型,进而提高机床传动动态稳定性,根据动力学原理对航空发动机叶片修复焊接机床的单轴运动进行了多因素动力学分析。将电机、轴承、丝杠、丝杠副、工作台进行了综合动力学分析,通过动态刚度将轴向位移与轴向力以及扭矩相关联,进行动态建模及仿真。将仿真分析结果与参数匹配修改后的仿真结果以及利用其他仿真方法得到的结果相对比,该模型的动态稳定性与灵敏性更加理想。     

基于虚拟样机的运动模拟平台参数化建模与优化

利用软件ADAMS建立了装备并联运动模拟平台参数化模型,并通过仿真测试验证了模型的正确性,针对参数化模型,对平台进行了运动学分析与动力学分析。以平台结构主控参数为设计变量,分析了设计变量的灵敏度,在此基础上分别以液压缸受力和液压缸整体性能为目标函数对平台机构进行优化设计,实现了平台结构的优化。     

基于ADAMS的装配式机械化桥液压架设机构设计与仿真研究

以装配式机械化桥液压架设机构为研究对象,提出了桥节的展开与架设方案,并对机构进行了运动学与动力学分析。基于ADAMS仿真平台建立了机械化桥参数化模型,结合模型对单节成桥与双节组合成桥的工作过程进行了仿真分析,得到了液压架设机构的架设时间及关键部件峰值载荷等性能指标。以液压缸最大油缸力为目标函数,通过试验设计得到了影响架设性能的4个主控设计变量,在满足既定设计要求的条件下,降低了设计工作量,提高了液压架设机构的设计效率,并为机构的优化提供了参考。     

基于模糊控制的汽车ESP系统仿真

为提高汽车的操纵稳定性,基于多体动力学分析软件MSC．ADAMS／Car建立了汽车的整车动力学模型。根据汽车稳定性控制的基本原理,在Matlab／simulink环境下建立了ESP模糊控制系统并制定了相应的控制规则。运用联合仿真的方法进行了多种典型工况下汽车操纵稳定性仿真试验。结果表明：所设计的ESP模糊控制系统能有效地提高车辆在极限工况下的操纵稳定性。     

基于参数化CAE流程下提高曲面气浮承载能力方法的研究

气浮轴承的流场结构具有极大的长径比,通常与轴承直径之间相差四个数量级以上,气浮轴承的仿真运算变得十分困难。通过对气体轴承传统模型功用利弊的分析,提出了曲面式气浮轴承,并建立了数值仿真模型,用以分析曲面式气浮轴承与跨立式气浮轴承的承载特性。借助FLUENT与DX模块的参数化设计功能,对该类问题的数值模拟精度提出了解决方案。借用以上方法,求得了该尺寸下具有数值稳定性的离散化模型文件,并应用该文件对曲面气浮轴承进行了仿真研究。结果表明:新式网格无关性数值模拟实验有助于提高数值模拟的计算精度,曲面气浮支撑结构比较比跨立式气浮支撑结构具有更紧凑的承载特性。     

超精密工作台运动轨迹规划

文章详细讨论了现有的各种S形轨迹规划方法,在综合比较各种设计方法优缺点的基础上,采用最小冲击准则,并结合超精密加工领域轨迹运动特点,提出了一种新的S形轨迹优化设计方法。并基于粗精动结合的单自由度精密工作台,对所设计的轨迹进行了实验验证。实验结果表明该方法能够满足超精密加工领域中高速高加速运动轨迹设计的要求,有效的提高了系统的抗扰动性能,改善了工作台的轨迹跟踪精度,提高了工作台的定位精度和效率。     

非球面超精密磨削误差建模与补偿研究

为提高课题组自研的超精密磨床加工精度,基于多体系统理论,运用齐次坐标变换原理,分析该超精密磨床37项几何误差来源,对非球面超精密磨削的综合误差建模。超精密磨床的多项几何误差元素已在制造阶段标定、补偿,取砂轮对刀误差和砂轮轮廓半径磨损误差作为主要面形误差来源,分别推导其对综合误差的传递函数,分析误差辨识方法,建立误差修正补偿模型,提出基于直接补偿的点补修正法。试验结果表明：建立的综合误差模型正确,根据误差辨识方法和修正补偿模型,修正误差后面形误差显著降低,有效提高面形精度。     

A study on optimum grinding factors for aspheric convex surface micro-lens using design of experiments

As the consumer market in the optics, electronics and aerospace industries grows, the demand for ultra-precision aspheric surface micro-lens increases. To enhance the precision and productivity of ultra-precision aspheric surface micro-lens, we present an ultra-precision grinding system and process for the aspheric surface micro-lens. In this paper, an ultra-precision grinding system for manufacturing the aspheric surface micro-lens was developed by considering the factors affecting the grinding surface roughness and profile accuracy. This paper deals with the mirror grinding of an aspheric surface micro-lens by resin-bonded diamond wheel and with the spherical lens of BK7. The optimization of grinding conditions with respect to ground surface roughness and profile accuracy is investigated by design of experiments.     

直吹管浇注料振动成型夹具的结构优化设计

针对直吹管浇注料振动成型夹具质量过大和动态特性差等问题,建立夹具优化数学模型,采用拓扑优化对夹具结构材料分布进行寻优,并在拓扑优化基础上以灵敏度分析筛选相关性较大的尺寸作为优化变量,基于Kriging法建立响应面模型,采用多目标遗传算法对振动夹具进行尺寸优化,两次优化后的夹具质量共减小了12.7%,1阶固有频率共提高了2.8%。对优化后夹具结构进行扫频振动响应仿真分析,验证了夹具优化设计的有效性及合理性,有效解决了直吹管浇注料振动成型夹具设计中容易出现的试验共振和夹具质量过大等问题。     

基于ICM拓扑优化的加工中心床身轻量化设计

为实现高速卧式加工中心床身的轻量化设计,以床身的质量最小化为目标,提出了基于ICM方法的拓扑优化模型。分别对床身进行了二维、三维拓扑轻量化设计,并对设计结果进行了可制造化处理,给出了床身优化后的仿真模型。基于有限元理论对新床身进行静动态性能分析。结果表明,在新床身具有良好的静动态性能的前提下,新床身比原床身质量减少了13%,实现了加工中心床身的轻量化设计。     

基于有限元的140 kN摩擦焊机主轴箱响应面优化分析

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。     

基于Extend的飞机着陆装置动态仿真研究分析

对某机型支柱式起落架建立了基于Extend软件的动态仿真模型,并进行了仿真分析和参数优化设计。结果表明,仿真结果与实验结果吻合,参数优化设计合理。所以,基于Extend软件的动态仿真是可行的,同时所建立的动态仿真模型也为进一步研究起落架的样机试验奠定了基础。     

Theoretical and experimental analysis of nano-surface generation in ultra-precision raster milling

The fabrication of high-quality freeform surfaces is based on ultra-precision raster milling, which allows direct machining of the freeform surfaces with sub-micrometric form accuracy and nanometric surface finish. Ultra-precision raster milling is an emerging manufacturing technology for the fabrication of high-precision and high-quality components with a surface roughness of less than 10 nm and a form error of less than 0.2 μm without the need for any additional post-processing. Moreover, the quality of a raster milled surface is based on a proper selection of cutting conditions and cutting strategies.Due to different cutting mechanics, the process factors affecting the surface quality are more complicated, as compared with ultra-precision diamond turning and conventional milling, such as swing distance and step distance. This paper presents a theoretical and experimental analysis of nano-surface generation in ultra-precision raster milling. Theoretical models for the prediction of surface roughness are built. An optimization system is established based on the theoretical models for the optimization of cutting conditions and cutting strategy in ultra-precision raster milling. A series of experiments have conducted and the results show that the theoretical models predict well the trend of the variation of surface roughness under different cutting conditions and cutting strategies.     

基于变密度法的动载结构梁拓扑优化设计

自动化流水线中吊臂搬运是比较常见的一种运输形式,吊臂导轨的承重梁在运输货物时承受垂直向下且位置随时间周期性变化的重力作用,造成周期性变化的形变。此形变对整个装置的稳定性、安全性和寿命具有重大影响。对承重梁在运输货物时受力进行分析,以位置变化的动载作为约束,建立基于变密度法的拓扑优化数学模型;引入通用性强的优化准则,采用以卷积方程为基础的过滤器,消除由于棋盘格和网络依赖所造成的不确定性;借用MATLAB建立相应的数学模型进行拓扑优化,根据优化结果建立相应的三维模型,将模型导入ANAYS进行静力变形分析;将试验数据与仿真结果进行对比,验证了仿真结果的可信度和拓扑优化方法的可行性。最终设计在屋顶窗吊装搬运装置中应用效果良好,为此类承重梁结构设计提供了参考。     

Modeling of dynamic characteristic of the aerostatic bearing spindle in an ultra-precision fly cutting machine

Axis orientation stability of aerostatic bearing spindles has great influence on machining precision of ultra-precision fly cutting machines used for processing ultra-precision optical components of large diameter. Mid-spatial frequency errors (amplitude<0.1 μm, wavelength about 100 nm) always existed on the machined surfaces along feeding direction. Generally, the waviness errors on processed surfaces will impact the performance of workpiece used as optical components greatly, and the tilting motions of spindles were believed to be the main source which produced the waviness errors. In this paper, to study the tilting motions of spindles, the Euler dynamic equations of angular displacements of spindles were proposed, and analytic solutions of the equations were also presented. At the same time, the 3D surface profile simulations of workpieces based on analytic solutions of Euler equations were achieved. The simulation results have been verified by lots of experiments on an ultra-precision fly cutting machine. At last, the inertia tensor criterion which can decrease the waviness errors of machining surface was represented, and it can be applied to instruct the structure design of aerostatic bearing spindles.