一种小型数控雕刻机机械结构优化设计

应用SolidWorks对一种小型数控雕刻机机械结构进行了三维建模,并利用AnsysWork-bench对机械结构的静、动态特性进行了分析与优化,使机床的固有频率提高至激振频率范围以外,同时变形量减小一半。最后对优化方案进行了经济性评价。     

采用灰色关联—层次分析法的机床横梁优化设计

机床横梁是机床零部件主要支撑部件,对机床的加工精度影响很大,因此,需要对横梁自身的结构进行优化,以提高机床加工精度。文中首先对原横梁进行仿真分析,并依次分别对横梁薄弱位置的结构、筋板结构、筋板厚度进行了设计与分析,采用灰色关联—层次分析法对不同筋板厚度的横梁进行分析与数据处理,最终获得最优方案。结果表明,横梁"井"型筋板结构设计,上导轨支撑筋板倾斜55°,筋板厚度15mm为最优方案,优化后横梁质量减轻了751kg,形变量减少了3.6%,一阶固有频率增加了3.5%,优化设计效果明显,为机床其它零部件的设计提供了方法参考。     

龙门加工中心横梁轻量化设计

机床横梁的静动态性能对机床的加工精度影响很大,因此需要对横梁进行优化设计以提高其静动态性能。对原横梁进行有限元分析,并对横梁筋板结构、横梁支撑导轨面结构进行了优化设计。对比优化前后横梁的静力学特性和模态特性,优化后的横梁在最大应力和一阶固有频率基本不变的情况下,其中质量减轻最为明显,减轻了499 kg,最大变形量减少了7.84%,轻量化效果明显,提高了横梁性能。     

基于ANSYS WorkBench的精密卧式机床动静态性能分析

精密卧式机床整机静动力学特性对其使用寿命及加工性能有重要影响。利用有限元分析软件ANSYS WorkBench对自行设计的精密卧式机床进行了整机静动力学分析。静力分析中,以实际工况为基础添加载荷和约束,得到整机应力和应变分布图,结果验证了整机设计的合理性。动态分析中,通过谐响应分析,得出相同激振力下出现振幅峰值的共振点的频率,再通过模态分析得出这几个频率处的振型,对振型分析得出刚度最薄弱处为立柱。     

FEA在XH786A结构设计中的应用

数控机床结构设计时,仅满足静刚度的要求是不够的,还应满足动态特性,即机床机构的固有频率与激振频率相重合,应具有较高的动刚度和较大的阻尼,使机床机构在受迫振动时振幅较小。本文以XH786A数控机床机构为例,介绍利用Pro/E建模,通过ANSYS分析机床机构固有频率、振形及动态特性     

基于模态分析的机床床身优化设计

为提高平面光学元件抛光机床的加工精度,对其床身进行模态分析,得到机床结构固有的振动特性,实现对机床床身的优化设计。首先,通过3D建模软件构建机床模型,并将其导入ANSYS有限元软件中进行模态分析,得出机床的前几阶固有频率和振型;然后,根据模态分析结果对机床横梁和立柱进行优化设计,得出优化结构;最后,对优化后结构进行模态分析,并将结果与优化前分析结果进行对比。对比可得,优化后的机床床身前三阶固有频率分别提高15.61%、14.63%和16.07%,有效提高机床稳定性,提高工件加工精度。     

基于Inventor的光机底座的优化设计

使用Inventor软件建立光机底座三维实体模型,并利用有限元分析模块对零件进行了模态分析得到光机底座的各阶振型和固有频率。通过分析得到的固有频率与设备所受激振频率接近,通过优化底座设计,改变了零件的固有频率。     

基于误差补偿技术的GALIL型数控机床受控性研究

使用基于二维图形交互式的伺服进给系统受到二维图形大量参数影响,检测结果存在一定误差,面对该情况,提出了基于误差补偿技术的GALIL型数控机床受控性研究。根据GALIL型数控机床结构,从动力学角度出发,分析机床在一定激振力作用下振幅和相位随激振频率变化的特性,确定固有频率、固有角频率、阻尼比、静刚度、动刚度、动态柔度受控特性指标。通过机床激振频率受控性误差补偿、机床振幅受控性误差补偿,避免研究结果出现误差。由实验结果可知,该方法在不同频率下的传递函数幅值、传递函数相位、相干系数,与实际情况一致。     

立式加工中心床身结构动态特性有限元分析

以某立式加工中心床身为研究对象,对床身结构动态特性进行了研究。运用ANSYS有限元分析软件对其进行了模态分析,得出床身结构的前8阶模态频率及振型,在此基础上对其进行了谐响应分析,得到床身结构受外界激振力作用下的幅值频率响应曲线。结果表明:床身结构的各阶固有频率均大于机床的工作频率,激振力频率与床身结构的1、4阶固有频率接近时,床身容易发生共振。该床身结构具有较好的动态特性,验证了床身结构设计的合理性,为床身结构的优化设计提供了理论依据。     

龙门式机床横梁结构有限元模态分析

龙门式机床横梁的动刚度是影响机床加工精度的重要因素。针对某企业的研发产品,通过建立龙门式机床横梁的三维实体模型和有限元模型,对横梁进行了有限元模态分析,得出了横梁前四阶模态的固有频率和振型。数值结果表明该产品具有良好的动态刚度特性,为后续的优化设计提供了理论依据。     

高精度内圆磨床结构动态优化设计研究

机床动态优化设计是提高机床加工精度的有效途径。建立了内圆磨床动态优化设计流程，利用灵敏度分析方法，分析了部件筋板布局形式和筋板参数对动态性能的影响。利用模态频率修正技术，考虑部件结构优化时，各部件之间模态频率的分离。部件优化后组成的新磨床与原磨床相比，其第1阶整机固有频率提高17％，对应的第1阶段率的磨头与工件间的振动相对位移量降低10％以上，提高了机床的加工精度，增强了产品的竞争力     

Timoshenko beam-based stability and natural frequency analysis for heavy load mechanical spindles

The heavy load mechanical spindle is an important functional component in a 5-axis computer numerical control (CNC) machine tool, which is used to process large and complex free-form surfaces. It is necessary to obtain the natural frequency and analyze the spindle stability for improving the machining precision. In this paper, Timoshenko beam theory is introduced to model the mechanical spindle shaft, where the centrifugal force and gyroscopic effects are considered. Stability of the heavy load mechanical spindle shaft is analyzed, and the buckling load of the spindle shaft is obtained under different rotational speeds. The natural frequency of spindle is investigated in a freedom and restraint state, respectively. Comparing the proposed method with the simplified hollow cylinder and shaft prototype in the freedom state, the results show that they are highly correlated with experimental results. For the restraint state, the axial load, rotational speed, gyroscopic effect, and centrifugal force are discussed, and all of these parameters affect the natural frequency. The proposed modeling approach can be used for spindle design and optimization in a given machining process and can be easily extended to other spindle design.     

Precision design for machine tool based on error prediction

Digitization precision analysis is an important tool to ensure the design precision of machine tool currently.The correlative research about precision modeling and analysis mainly focuses on the geometry precision and motion precision of machine tool,and the forming motion precision of workpiece surface.For the machine tool with complex forming motion,there is not accurate corresponding relationship between the existing criterion on precision design and the machining precision of workpiece.Therefore,a design scheme on machine tool precision based on error prediction is proposed,which is divided into two-stage digitization precision analysis crucially.The first stage aims at the technology system to complete the precision distribution and inspection from the workpiece to various component parts of technology system and achieve the total output precision of machine tool under the specified machining precision;the second stage aims at the machine tool system to complete the precision distribution and inspection from the output precision of machine tool to the machine tool components.This article serves YK3610 gear hobber as the example to describe the error model of two systems and basic application method,and the practical cutting precision of this machine tool achieves to 5-4-4 grade.The proposed method can provide reliable guidance to the precision design of machine tool with complex forming motion.     

基于ANSYS的定梁龙门机床横梁静力学特性分析及结构优化

横梁是龙门机床的主要承力部件,其结构和静、动态力学特性直接影响机床的加工精度。为分析其结构设计是否满足机床的精度要求,以及筋板结构和布局形式对其静态特性的影响,文中应用有限元分析方法,针对某型定梁龙门机床横梁进行静力学特性分析,计算了其最大静变形和最大静应力,分析了结构设计上的薄弱环节,然后对其内部筋板的结构和布局形式进行了优化设计和分析对比。结果表明,优化后横梁的静刚度提高了12.89%,最大静应力降低了18.01%,显著改善了横梁的静力学特性。     

电子束应用于快速成型(RP)之初探

探讨将电子束的加工方法引进到快速成型技术中,用以替代SLS技术中的激光作为加工热源,以此去掉快速成型系统中激光扫描部分的机械传动部分,简化系统装置及控制系统的软件设计。     

基于ANSYS的龙门铣床龙门结构模态分析

龙门结构是龙门式机床重要支承部件,它的的动态特性直接影响到机床的加工精度。利用Solidworks2008和ANSYS10.0软件对某型号龙门铣床龙门结构进行三维实体建模与模态分析,得到了此结构的模态分析结果,即模态频率和各阶振型。分析了模态频率和各阶振型对此龙门动态特性影响,结果表明它的一阶频率在工作频率范围内,将会产生机床共振现象,影响加工精度。从龙门结构前三阶振型看,无论左右摆动、前后摆动,还是绕竖直中心轴扭动,都直接影响加工精度和切削性能,而四、五、六阶的振型对加工性能影响较小。为此,要修改龙门结构,使低阶模态频率相应提高,以提高结构的动刚度。ANSYS结构模态分析为此机床的改进设计提供了理论依据。     

可调板式楔横轧机

现有的辊式楔横轧机刚度好，但模具加工复杂且成形精度差，而板式楔横轧机模具加工简单且成形精度好，但刚度差。针对板压滚动塑性精成形机（发明专利95109500．5）存在模板距离调整不方便以及氧化皮难以清除等问题，设计了可调板式楔横轧机，详细介绍了可调板式楔横轧机的结构、检测与控制系统。     

五坐标数控龙门加工中心动态优化设计

在大型高架桥式、高速、高精度五坐标龙门加工中心的动态设计中,通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数并将其应用到数字仿真模型中,提高了模型的精度;在加工中心的结构优化设计过程中,提出了灵敏度分析法和基于动刚度的结构优化法,对主要部件的内部筋板结构进行了与传统方法不同的设计,提高了加工中心的动静态特性;针对加工中心在工作过程中不可避免的共振问题,巧妙利用机床的附属设备设计了抑制振动的调谐阻尼器。     

基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法

零部件几何误差耦合而成的机床空间误差是影响其加工精度的主要原因,如何确定各零部件几何误差对加工精度的影响程度从而经济合理地分配机床零部件的几何精度是目前机床设计所面临的一个难题。基于多体系统理论,在敏感度分析的基础上提出一种识别关键性几何误差源参数的新方法。以一台四轴精密卧式加工中心为例,基于多体系统理论构建加工中心的精度模型,并利用矩阵微分法建立四轴数控机床误差敏感度分析的数学模型,通过计算与分析误差敏感度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差。计算和试验分析表明,该方法可以有效地识别出对机床综合空间误差影响较大的主要零部件几何误差因素,从而为合理经济地提高机床的精度提供重要的理论依据。     

基于激光准直瞄准的大直径测量系统的研究

如何提高大尺寸工件的在线测量精度，是大型机械加工的重要课题。针对大型立式车床的加工环境，本文提出了一种大端面工件在线测量方案。该方案采用激光准直瞄准定位，以测量瞄准误差为补偿，其合理的光路设计清除了阿贝误差，提高了瞄准精度。由于瞄准是以激光准直光束为基准，激光束的漂移造成基准的不稳定是整个测量系统最大的误差来源，而该方案采用“双光束反向漂移补偿法”抑制光束漂移，使角漂误差达到10^-6rad量级。实验结果表明，本方案的测量精度完全满足IT6的加工要求。