多轴机床快速有限元建模与随位动态特性预估

针对多轴机床随位动态特性难以高效求解的问题,提出一种快速有限元建模方法。该方法先根据结合部建模方案对机床进行子结构划分与前处理,再用弹簧-阻尼单元表征子结构间结合部的连接特性,最后通过局部坐标变换调节各子结构在机床中的位置与姿态,从而完成整机的参数化有限元建模。运用所提方法,建立了某型五轴动梁龙门立式车铣复合机床的参数化有限元模型。该模型仅需单次有限元前处理,即可快速预估机床工作全域内不同位姿下的结构动态特性。预估了该机床前5阶固有频率以及0~150 Hz频带内刀尖点频响函数在工作全域内的分布规律,为机床结构动力修改与加工参数优选提供了力学依据。     

数控机床整机有限元分析

采用用户自定义矩阵单元来处理机床结合部的接触问题,在商品化软件中建立了机床整机有限元模型,并进行了静、动态特性分析,在此基础上找出机床结构的薄弱环节,为机床结构优化设计提供了技术支持。     

高速精密数控立式加工中心整机静动态特性分析

利用Pro/E强大的三维建模功能建立立式加工中心整机数学模型;采用有限元分析的基本方法和理论对整机进行静动态特性分析,根据静态计算结果和振型图找出结合部薄弱环节并对整机的动态特性做出评价;用专门的实验设备得出机床整机的静态和模态数据,来验证分析结果的正确性,为以后类似机床整机模型的有限元分析和无样机条件下的机床虚拟设计提供参考。     

机床整机特性的有限元分析方法

基于结合面基础特性参数，研究了机床导轨结合部特性的有限元建模方法，并将其用于机床整机的特性分析，为机床整机特性分析中结合部特性参数的确定提供了一种方法，使从机床图样设计阶段预测整机特性成为可能。首先给出了结合部单元的建模方法，然后通过一个实例说明了该方法的有效性。     

机床圆柱结合部的动态特性解析方法

在机床图纸设计阶段，预测机床整机的动态特性具有十分重要的意义，进行机床整机动态特性预测的难点在于如何确定结合部的刚度和阻尼参数，本文以机床结构中应用较普遍的圆柱结合部为例，研究了基于结合面基础特性参数的圆柱结合部动态特性解析方法，并编制相应解析软件，给出应用实例，证明本文的方法及软件是正确的。     

多轴联动龙门式加工中心主体结构有限元分析

采用有限元软件SAMCEF Mecano,建立了多轴联动龙门式加工中心主体结构的仿真模型,基于结合面特性参数数据库,采用用户自定义矩阵来处理机床结合部的接触问题,对加工中心进行了静、动态特性分析,得出了加工中心的静刚度、模态振型、动刚度.找出了机床的薄弱环节.通过建立动态的有限元模型,对加工中心进行了动力学分析,得出不同时刻应力变化云图.验证了静、动态特性分析的正确性.这些内容为进一步的研究加工中心的动态特性、结构优化设计以及轻量化设计提供了重要依据.     

小型电火花机床特性分析与优化

运用有限元法对一台小型电火花加工机床的静动态特性进行分析。分析比较机床常用总体布局结构对机床静刚度的影响,对相对刚度较小的部件进行静力分析和拓扑优化。基于赫兹接触理论和吉村允孝积分法分析计算机床结合部的动态特性刚度参数,并利用弹簧和阻尼等效建立了机床动态特性模型。提取机床前6阶的固有频率和振型,相对于刚性连接固有频率减小,能够更准确地模拟机床动态特性,为预测分析机床静动态特性提供了依据。     

采用静压导轨的硬切削车床十字滑台刀架模态分析(英文)

硬车削是一种能够部分代替磨削的先进加工工艺,但是其对机床的动态特性有很高的要求。使用Ansys workbench对应用在斜床身上采用静压导轨的机床十字滑台部件进行动力学建模,借助有限元法分析含结合部动态参数的机床关键部件的模态,研究了硬车削机床十字滑台部件的动态特性问题。研究成果可对该硬切削机床的十字滑台部件的结构设计提供了理论参考。     

精密数控内圆复合磨床结构动态特性分析

数控内圆复合磨床因其高精度、高效率而广泛用于轴类零件的精加工阶段，其结构动态特性关系到工件的加工质量，所以在磨床设计阶段运用有限元方法对其展开动态特性分析与改进设计显得十分重要。针对用于加工大尺寸的机床主轴零件的WX-2015精密数控内圆复合磨床展开结构动态特性分析与改进设计：1）利用Pro/E软件和ANSYS软件建立磨床的有限元模型，基于赫兹接触理论计算带滚珠丝杠的滚动直线导轨结合部的刚度，并将其施加到磨床的有限元模型中。2）对整机进行模态分析与谐响应分析，并展开滚珠丝杠与滚动直线导轨选型与安装方式对磨床动态特性影响的讨论。     

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.     

基于有限元分析的拉刀磨床床身结构优化设计

床身是机床的重要基础件,它的动态特性和静态特性直接影响到机床的精度和稳定性.在设计阶段通过建立QMK008拉刀磨床床身的实体模型和有限元模型,基于有限元方法进行仿真计算,得到了原始设计方案床身的变形和模态.根据床身的结构特点和刚度要求对原始方案进行改进,通过有限元分析和对比,发现增加壁厚和筋板厚度床身刚度没有明显提高,采用米字型筋板可以提高床身的静刚度和狭长形床身的固有频率,增加地脚螺栓个数对于提高床身动静刚度也有明显作用.     

Modeling the machining stability of a vertical milling machine under the influence of the preloaded linear guide

The prediction of machining stability is of great importance for the design of a machine tool capable of high-precision and high-speed machining. The machining performance is determined by the frequency characteristics of the machine tool structure and the dynamics of the cutting process, and can be expressed in terms of a stability lobe diagram. The aim of this study is to develop a finite element model to evaluate the dynamic characteristics and machining stability of a vertical milling system. Rolling interfaces with a contact stiffness defined by Hertz theory were used to couple the linear components and the machine structures in the finite element model. Using the model, the vibration mode that had a dominant influence on the dynamic stiffness and the machining stability was determined. The results of the finite element simulations reveal that linear guides with different preloads greatly affect the dynamic behavior and milling stability of the vertical column spindle head system. These results were validated by performing vibration and machining tests. We conclude that the proposed model can be used to accurately evaluate the dynamic performance of machine tool systems designed with various configurations and with different linear rolling components.     

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.     

高速数控车削中心动态特性分析及结构优化

以某高速数控车削中心为研究对象,建立了基于结合面的整机有限元模型,并对其进行了动态特性分析,得到系统的各阶固有频率与振型图,找出了影响整机动态特性的薄弱环节。通过改进调整垫的结构,提高了机床的第一阶固有频率,改善了机床整机的动态性能。     

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。     

连铸机结晶器振动机构动力学研究

分别利用动态静力分析法和有限元模态分析法，对某厂连铸机结晶器振动机构（８ 杆３ 级机构） 的动态特性进行了系统研究，形成了一种机构动力学分析的有效方法；该方法也适用于其它振动机械设备的动态特性研究。     

XK2425/5L五轴龙门铣床主体结构有限元分析

为提高五轴龙门铣床的整机结构性能指标,提出了机床关键零部件与整机并行优化设计的思想。运用CAE工程分析软件,建立了五轴龙门铣床关键零部件及整机的有限元模型,并对其主体结构进行了重力、切削力载荷下的静刚度分析以及关键零部件和整机的动态刚度仿真分析,找出了结构中的薄弱环节,并在此基础上对机床中关键零部件的结构参数提出了改进方案。分析结果表明,改进后的结构方案在整机自重降低632Kg的情况下,静刚度由50.2N/μm提高到68.4N/μm,一阶固有频率由30Hz提高到42Hz,整机性能指标得到显著提高。     

Characteristics of a spindle bearing system with a gear located on the bearing span

The spindle bearing system is the main source of the total cutting point compliance of machine tool structures. In this work, the static and dynamic characteristics of a spindle bearing system driven by a gear located on the bearing span were investigated using the analytical and finite element methods. Based on the calculated results, a prototype spindle bearing system was manufactured and its static and dynamic characteristics were measured. From the comparison of the experimental results with the calculated results, it was found that the finite element method predicted well the static and dynamic characteristics of the spindle bearing system.