基于ANSYS的数控铣床立柱性能分析及结构优化

为改善机床的力学性能,提高整机加工精度,以XK714数控铣床立柱结构为研究对象,采用ANSYS Workbench建立其有限元模型进行优化分析。其静力学分析表明立柱结构整体可靠但设计过于保守,谐响应分析发现立柱前两阶固有频率偏低。运用局部灵敏度分析获取影响立柱性能的关键尺寸,并将其作为设计变量,以立柱的质量,前两阶固有频率和最大形变量作为指标进行结构优化。最终,立柱的一二阶固有频率分别提升15.487%和13.643%,最大形变降低2.32%,并且立柱减重达到10.31%。结果表明:该设计方法可以为机床零部件的设计提供借鉴。     

五轴数控刀具磨床有限元分析及结构优化北大核心

在考虑重力对机床加工精度影响的前提下,以特定构型五轴数控刀具磨床为研究对象,通过对其结构进行有限元分析,发现由于X溜板、Z溜板以及立柱设计的不合理,导致机床在竖直方向存在较大静变形,严重降低了机床加工精度。针对上述零件的不合理设计,将其分别作为优化对象,基于Topology Optimization拓扑优化、形貌优化以及尺寸优化方法,最终确定了X溜板、Z溜板以及立柱的优化结构及关键尺寸参数。优化结果表明,在保证机床静刚度不降低的前提下,整机质量减轻157.6 kg,同时优化后的机床在竖直方向最大静变形为-0.019 7 mm,相较于优化前减少11.66%。最后对优化前后机床的竖直方向定位精度及加工精度进行实验测量,结果表明,与优化前机床相比,优化后机床的竖直方向定位精度及加工精度分别提升约8.85%、5.9%。验证了所优化结构的有效性,从而使整机性能得到了一定提高。     

复合加工机床立柱动态特性分析及优化

在采用UG对机床立柱进行参数化建模的基础上,使用ANSYS的Workbench模块对立柱进行模态分析,发现立柱一阶模态频率较低。然后通过对立柱尺寸参数进行灵敏度分析,得到对立柱一阶模态频率和质量影响较大的尺寸参数,并通过改变这些参数获得不同尺寸下立柱的特性。以此建立神经网络模型,得到立柱尺寸与其一阶模态频率和质量的对应关系。再使用遗传算法以不同的优化目标进行优化,并比较结果。最后得到合适的优化方案。     

卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计

以卧式加工中心立柱为研究对象,首先利用ANSYS Workbench平台构建其有限元模型,并对其进行静动态特性分析.研究分析结果发现立柱过大的质量将影响其整体性能的提升,是原设计的薄弱环节.然后对模型结构尺寸进行了灵敏度分析,得到对立柱性能影响较大的灵敏尺寸,并将其设置为最终优化设计变量.最后以灵敏尺寸作为优化参数、立柱质量作为优化目标、最大变形量和一阶固有频率作为约束条件对立柱进行了轻量化设计,在保证立柱刚度及固有频率的基础上显著地减小了立柱的质量,达到了轻量化设计的目的.     

双主轴铣削加工中心立柱的静动特性分析及多目标优化

针对采用传统方法设计的立柱静、动刚度存在薄弱和不足的问题,通过建立立柱受力模型,对立柱进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,确定立柱静动刚度薄弱的部位和方向;根据分析结果,选取8个结构尺寸为设计变量,以总变形量、前3阶频率加权平均值和质量为优化目标,建立多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法和灵敏度分析得到优化结果。结果表明:立柱总变形量减小了5.5%,质量减少了1.2%,前3阶频率加权平均值增加了2.17%,X、Y方向峰值响应分别减小了75.5%、75.44%,达到了优化的目的。     

基于灵敏度分析的XK719数控铣床尺寸优化

为了改善机床动静态特性,以XK719数控铣床为研究对象,采用Hypermesh软件建立数控铣床的有限元模型。在对铣床进行谐响应分析的基础上,得出机床1、2阶固有频率偏低的结论。运用灵敏度分析来寻找关键尺寸,并以关键尺寸为设计变量,以机床的质量和1、2阶固有频率为响应进行尺寸优化。最终,在铣床质量变化不大的情况下,使铣床的1阶固有频率提高了15.8%,2阶固有频率提高了11.3%。结果表明:该设计方法可以为机床零、部件的设计提供借鉴。     

立式加工中心立柱多目标优化设计

在PROE和ANSYS Workbench的平台上建立VL855加工中心立柱结构的参数化模型,进行Static Structural和Modal分析;通过灵敏度分析选定立柱的壁厚、导轨面凸台厚度、筋板厚度、螺栓槽间距为优化的设计变量,立柱的质量、最大变形、第一阶段振型作为目标变量,进行多目标优化。结果表明:优化后,立柱质量减少5.2%,立柱在同样载荷情况下变形量与优化前变形量相近,其低阶模态有所提高,满足工作状态动态要求。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

大型落地式镗铣床TKS6916整机有限元分析

利用有限元软件建立了大型落地式镗铣床TKS6916整机模型,并对其进行静力和动力分析。静力分析结果显示:机床的变形是由床身自重以及滑座与立柱间联接螺栓的预紧力两个载荷效应叠加而成;机床最大应力值远低于材料的屈服极限,说明机床的材料使用是足够安全的。动力分析结果说明:前5阶模态与立柱和油缸直接相关,在设计中需要加强其刚度;和立柱有关的模态不会随主轴箱位置的变化而变化,而和油缸有关的模态受主轴箱位置的影响较大。     

多目标优化与层次分析法相结合的滚齿机立柱改进设计

结合多目标优化与层次分析法在结构设计中的优点,对滚齿机立柱的设计参数进行改进.文章首先运用CAD软件建立滚齿机立柱的参数化模型,并将其导入有限元分析软件AWB中对其进行动静态特性分析;其次通过灵敏度分析得到影响立柱性能的主要设计参数,同时可视化其对目标函数的响应面;然后将设计参数作为优化设计变量,以质量最小、变形量最小和一阶固有频率最大为目标函数对立柱进行多目标优化,得到优化方案的解集合;最后通过层次分析法确定立柱解集合中的各优化方案权重系数,寻找出最优解.     

基于遗传算法精密机床立柱的多目标优化

立柱是机床的核心部件之一,其动态特性是决定超精密机床加工精度的重要因素之一。以精密光纤微V沟磨床的立柱结构作为研究对象,通过仿真实验的方法给立柱的刀具磨削点上施加谐响应力,获得立柱在0～175 Hz下的动态响应参数。综合利用中心复合实验设计、响应曲面法、多目标遗传算法对立柱结构的最大谐响应振幅、立柱的质量及一阶固有频率为目标变量进行多目标优化,获得立柱设计变量的Pareto解。结果表明：经过多目标优化设计后,立柱质量没有增加的前提下,立柱的最大响应振幅大大降低,从而提高立柱的动态刚度和机床的加工精度。     

基于ANSYS正交试验的横梁减重设计

某公司数控龙门铣床的横梁部件原先采用经验设计,质量很大。为了减少质量,选取横梁部件的6个参数,采用L25(56)正交表得到25组试验方案。利用最小二乘法得到了最大变形量、一阶固有频率和质量的二阶响应面模型。建立了横梁减重设计的数学模型,并利用遗传算法进行求解,优化后最大变形量基本不变,一阶固有频率增加4.4%和质量减少13.67%。     

高刚性轻量化研球机床身结构优化设计

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。     

矿物质直驱车铣复合中心立柱优化设计与研究

基于矿物质直驱车铣复合中心的立柱大多为实心结构,存在材料消耗大、整体偏重、制造成本高等问题,以CXK80型矿物质立柱为原型,对其开展动静态性能和热传导分析,把减轻矿物质立柱的质量、提高强度和刚度作为优化目标,运用拓扑优化和基于遗传算法的多目标尺寸优化方法对其进行减重设计。仿真结果显示：矿物质立柱经优化后减重14.2%,导轨镶嵌面温度降低21%,且立柱的前2阶模态均有相应提升。为验证仿真分析的有效性,利用模态锤击的方法进行验证,实验数据和仿真数据基本一致,误差在3%以内,实现了矿物质立柱减重、节省制造成本的目标。     

刮齿机立柱的模态分析与优化设计

立柱作为刮齿机承载的关键零部件,其刚度和振动特性直接影响机床的加工精度,对刮齿机立柱进行静力学分析和模态分析,得出一种优化设计方案。首先,运用ANSYS进行建模,通过静力学分析找出应变最大处;其次对立柱进行模态分析,明确前6阶振型对刮齿机整体性能的影响,保证工作时的激振频率小于固有频率,避免产生共振损坏机床;然后基于出砂孔和加强筋的分布优化立柱结构,并调整壁厚对立柱进行轻量化设计;最后,通过仿真和模态试验验证设计方案的可行性。优化后立柱的总质量减轻了250.1kg,最大应变减小了7.668μm,达到5级机床精度要求,有效提高了立柱的强度和刚度。     

基于自适应响应面法的数控铣床尺寸优化

为了能够更加有效地改善数控铣床的动静态特性,采用试验设计与数理统计相结合的方法对XK719数控铣床进行了结构尺寸优化。对数控铣床整机采用拉丁超立方试验设计方法进行采样,在此基础上运用移动最小二乘法对采样点进行拟合,以构造近似函数;对近似函数采用自适应响应面法进行优化;通过25次迭代,在数控铣床整机质量变化不超过3%的情况下,实现了整机1阶固有频率提高16.3%,2阶固有频率提高13%。结果表明:该方法能够实现机床的快速优化设计。     

XK719数控铣床的结构尺寸优化

为了能够有效地提高数控铣床整机的静动态特性,以XK719数控铣床整机结构为研究对象,利用有限元分析方法对整机进行了建模、分析与优化。首先,对数控铣床的整机结构进行了谐响应分析,分析结果表明:该型号数控铣床的第1阶、第2阶固有频率分别为38和48 Hz,低阶频率偏低。其次,对整机各主要零部件的壁厚进行了灵敏度分析,找出对结构质量和第1、2阶固有频率影响较大的关键尺寸。然后,以质量和第1阶、第2阶固有频率为目标函数,以关键尺寸作为相应的设计变量进行尺寸优化。结果表明:在整机的质量基本不变的情况下,达到第1阶固有频率提高了11%,第2阶固有频率提高了12%的优化结果。该设计方法能够为整机的快速设计提供参考。     

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。     

基于灵敏度分析的机床床身多目标优化研究

为了找到对某卧式加工中心床身结构性能影响较大的尺寸参数,对床身结构尺寸进行灵敏度分析,确定了对床身质量及一阶固有频率灵敏度较大的尺寸参数。以灵敏度较大的尺寸参数作为设计变量,考虑床身的质量及一阶固有频率,利用响应面法对床身进行多目标优化求解,得到了一组最优的尺寸参数。对优化后的床身结构进行有限元分析,结果表明,优化后的床身质量减轻了171kg,并且其静、动力学性能得到了明显改善。对优化前后的整机进行谐响应分析,发现参考点的最大振幅得到了大幅下降,极大地改善了机床的动态性能。     

基于有限元分析的机床结构优化设计

介绍了对某型号加工中心机床结构的有限元分析。详细分析了整机的前几阶模态。研究后发现由于立柱和支撑板设计的不合理,就会导致机床固有频率较低,振动增大,机床精度下降。针对加工中心机床部件的结构特点,对于立柱,筋板进行结构优选和设计参数优化,并对支撑板采用了拓扑优化和参数优化结合的方法。研究结果表明,通过有限元分析,加工中心机床结构参数得到了较好的优化,从而使整机性能得到了提高。