高速加工中心立柱结构的拓扑优化

基于连续体ICM拓扑优化方法,提出了以体积为约束条件,机床的固有频率为目标函数的结构动态设计方法.为提高拓扑优化的精度,在结构优化过程中,同时也考虑了非设计区域的动态特性.将该方法应用到XH6650高速加工中心的立柱结构优化中,从而提高了机床的整机动态特性.     

拓扑优化在XH786A机床立柱结构优化中的应用

立柱作为XH786A高速加工中心的主要零件,其结构设计影响着机床的动态特性.依据连续体拓扑优化理论,提出了以体积为约束条件,机床的前三阶固有频率为目标函数,考虑非设计区域的拓扑优化方法.运用该方法对立柱结构进行优化,比较结果其动、静态特性有较大提高.表明拓扑优化结果具有理论指导意义,为后续详细的设计提供理论依据.     

基于遗传算法的地铁车顶动态拓扑优化

优化理论已在机械结构设计中得到广泛应用，它包括尺寸优化、形状优化和拓扑优化。结构拓扑优化设计是结构初始方案设计最重要方法。采用遗传算法对地铁车顶进行结构动力学拓扑优化，结果表明该方法可以提高地铁车顶的动态特性，为整车新结构设计提供理论设计基础。     

五轴联动铣床的实验模态分析

对五轴联动铣床采用锤击脉冲激励法和变时基采样方法进行实验模态分析,获得机床的各阶固有频率、振型及其相应的振型动画。在此基础上进行机床的结构动态分析,得到其结构动态特性,找出机床的结构薄弱环节,提出提高机床整体结构动态特性的方法,为机床的结构动态设计及其优化提供依据。     

五轴联动铣床的实验模态分析

对五轴联动铣床采用锤击脉冲激励法和变时基采样方法进行实验模态分析,获得机床的各阶固有频率、振型及其相应的振型动画.在此基础上进行机床的结构动态分析,得到其结构动态特性,找出机床的结构薄弱环节,提出提高机床整体结构动态特性的方法,为机床的结构动态设计及其优化提供依据.     

APS46-1排刀式数控车床静动态特性分析及拓扑结构优化

排刀式数控车床主要用于加工轴类小件，可实现一次装夹、全序加工，自动化程度与生产效率高。随着数控机床向高精、高速方向发展，对机床的加工精度、表面质量和生产效率提出了更高的要求。基于上述原因，采用有限元分析方法对现有产品APS46-1排刀式数控车床进行静/动态特性分析；对该机床的大件进行了拓扑结构优化；对比分析仿真优化前后的整机性能，优化后整机质量下降了7.1%，最大变形下降了49.1%，最大应力下降了78.2%，整机前6阶固有频率均有一定的提高。对比结果说明：通过机床大件的拓扑结构优化，对整机结构刚度提高的效果明显，可为APS46-1排刀式数控车床结构改进设计提供参考。     

6-SPS型并联机床基于动态特性的优化设计

为了从设计着手改善6-SPS型并联机床的动力学特性，依据所建立的该娄并联机床XNZ63的结构动力学模型，求解并分析了其动态特性。讨论了材料参数和截面参数等参数的变化对XNZ63的动态特性的影响规律，并据此对这些参数进行了优化设计。仿真实验结果表明，经过优化设计，XNZ63的动态特性得到了明显改善，为6-SPS型并联机床的优化设计提供了理论依据和方法。     

基于模态预测及敏度分析的机床动特性设计方法

为了提高机床的动态性能,以机床整机固有频率和频响函数振幅为目标,提出基于机床测试数据、进行试验模态分析及灵敏度计算的机床动态特性设计方法。方法首先提取机床测试数据建立机床结构原型模型,逐步计算机床大件结构和整机的固有频率对刚度、质量的灵敏度,确定结构薄弱环节;继而,对薄弱结构,采用模态预测和灵敏度分析方法设计计算,获取更合理的质量和刚度;之后,将设计分析结果输入LMS_Test.lab软件,借助软件完成对原型结构的模态修改,对修改后结构的动力学特性进行模态预测;最后,进行预测结果模态置信验证,确认模态预测的正确性,完整机床动态特性设计方法体系。将该方法应用于实际机床设计中,对比整机优化前后的频响函数曲线和仿真分析验证均证明,基于模态预测及灵敏度分析的机床动态特性设计方法完成的机床优化设计使得机床固有频率得到提高的同时振幅下降,机床的大件结构及整机的动态性能均有提升。     

基于神经网络和遗传算法的机床床身优化设计研究

机床的床身的动态特性和静刚度直接影响加工精度、生产效率以及机床的使用寿命,目前机床正朝着高速、高精度、复合化以及高自动化的方向发展,因此研究机床床身的动态特性和静刚度十分必要。为提高某机床床身和横梁的动态特性和静刚度,综合运用结构动态优化原理,神经网络和遗传算法,对床身和横梁进行了结构动态特性分析,提出了该床身结构的优化方案。分析结果表明,优化方案的床身和横梁的动态性能和静刚度得到了明显提高。可供相关机床床身优化设计参考。     

数控机床关键结构件的优化设计

结构优化能综合处理并最大限度满足从不同角度提出的要求,实现减轻结构重量、保证结构刚度、降低应力水平、提高产品可靠性等多方面目标。针对一类高速数控龙门铣床关键结构件,为减小切削力下机床的变形,采用拓扑优化技术对机床主轴滑枕零件从轮廓形外形到加强筋的位置、厚度进行多层次优化。分析表明,拓扑优化后结构与原始结构相比,重量增加了3.6%,但变形减小了30%,固有频率提高了29%,通过优化既提高了机床的精度,也提高了机床的动态性能,优化效果非常明显。新产品开发中采用优化计算不但可以改变材料的分布,使好钢用在刀刃上,而且对创新设计思路起到极大的推动作用。     

面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究

针对某机床结构薄弱件立柱的结构优化设计,提出了一种基于拓扑优化、筋板形式选择与布局以及尺寸优化的结构设计方法。首先利用有限元法(finite element analysis,FEA)对机床整机进行动力学分析,模态分析与谐响应分析结果表明立柱为影响整机动态性能的关键结构件。然后以立柱结构为优化目标,对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了立柱的最优基本结构形式,再通过选择抗弯、抗扭刚度较好的W类型筋板进行布局与尺寸优化,得到了最终的立柱优化结构。最后对优化的立柱结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在立柱质量减轻的前提下,优化后的整机前六阶固有频率均得到了不同程度的提高,其中一阶固有频率提高了10%以上;并且机床在x方向上的最大共振峰值下降了49.8%,y方向下降了70.1%,z方向下降了66.2%。     

机床结构轻量化设计研究进展

对机床进行优化的结构构型设计,使得材料在机床结构空间内更加合理地分布和有效地利用,一直都是机床设计工作者追求探索的目标。论述机床构型和结构件轻量化设计的研究历程和技术发展,对机床结构轻量化设计中常用的现代设计方法:参数优化、结构拓扑优化、多方法综合结构设计、仿生优化设计方法进行具体技术介绍和综合评述,并对近年兴起的仿生优化设计方法进行从方法、实现手段和轻量化效果等方面重点分析和评述,对机床构型和结构件轻量化设计研究的未来发展提出展望。     

机床床身结构的有限元分析与优化

利用有限元法对机床床身进行静、动态分析,并使用渐进结构优化算法对床身结构进行基于基频约束和刚度约束的拓扑优化,为ESO方法在机床大件结构拓扑优化中的应用做了有益的尝试.     

基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法

提出了基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法。在确定设计空间及载荷后,采用带惩罚的变密度法(Solid Isotropic Microstructures with Penalization,SIMP)的结构拓扑优化技术,以多工况静力结构柔度和1阶自然频率为优化目标,建立了床身模结构拓扑优化模型,并在考虑工艺性的前提下,确定了床身板件焊接加强肋的最优布局。优化前、后的对比表明,优化后床身的静、动态性能均得到了显著提高,最大应力下降了13.39%,导轨刚度提高10.78%,1阶自然频率提高了9.28%。     

基于创成设计思想的可重构机床模块设置方法

建立合理的功能模块群是实现可重构机床方案重构的关键,基于创成设计方法建立了以镗铣加工为主的机床结构形态方案图谱,解决了机床模块划分时机床结构形态方案不足的问题。通过对机床结构形态方案的分析,划分出机床概念结构模块群;依据可重构机床模块功能自治原则,建立了机床概念功能模块群;将机床的概念功能模块、运动功能及被加工零件的工艺方案联系起来,建立了以工艺方案为依据的可重构机床功能模块群设置方法,并以某变速箱壳体件加工为例验证了该方法的可行性。     

基于拓扑优化的加工中心十字滑台结构设计

基于零件结构静态和动态性能及轻量化的总体设计目标,利用结构拓扑优化方法完成了立式加工中心十字滑台的结构设计,解决了零件结构静、动刚度不足问题及质量过重导致的机床加速性能不良等问题。首先,详细分析了十字滑台的工况。其次,针对同时满足十字滑台具有良好的静动态性能并减轻其质量的设计需求,采用结构的柔度最小和基频最大为目标函数以及体积比为约束的多目标、多工况的结构拓扑优化方法,进行了十字滑台的结构拓扑优化设计,获得了其结构构型。最后,分析并对比了十字滑台新结构和原有结构的刚度、固有频率、质量及机床加速性能,验证了新结构具有良好的性能。     

数控机床结构热性能分析与支撑部件拓扑优化设计

针对数控机床结构受热时,温度应力导致的机床微小变形,介绍使用ANSYS软件进行机床结构热性能分析模拟研究过程,其中包括机床连续区域的模型构建、网格划分、插值函数的构建、参数设置及边界约束的设置等等流程。通过实际机床案例进行机床支撑部位的拓扑优化设计研究,经实践证实,拓扑优化效果明显,整机结果令人满意。     

基于ESO方法的梁形状拓扑优化

基于渐进结构均匀化拓扑优化的方法,以体积为目标函数,建立了梁结构的不同布局的拓扑优化模型.利用ESO方法的思想理论推导出梁结构拓扑优化的数学模型,并借助于ANSYS软件平台,利用APDL语言实现了优化算法.数值算例验证了该方法的可行性和有效性,它可减少设计变量的数目,提高求解效率.     

机床的总体配置和结构设计(上)

首先从提高机床性能、重视生态环境和关注全生命周期的视角探讨未来机床设计的新方法和机床的结构配置.然后介绍了机床结构优化的基本方法和不同机床结构材料的特点,并从机床结构的质量、刚度和阻尼三者的关系描述了机床轻量化设计的设计流程和应用前景.最后对几种机床结构配置的创新案例进行了分析.     

Parameters optimization of a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool

The research on the parameters optimization for gasbag polishing machine tools, mainly aims at a better kinematics performance and a design scheme. Serial structural arm is mostly employed in gasbag polishing machine tools at present, but it is disadvantaged by its complexity, big inertia, and so on. In the multi-objective parameters optimization, it is very difficult to select good parameters to achieve excellent performance of the mechanism. In this paper, a statistics parameters optimization method based on index atlases is presented for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool. In the position analyses, the structure and workspace for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool is developed, where the gasbag polishing machine tool is advantaged by its simple structure, lower inertia and bigger workspace. In the kinematics analyses, several kinematics performance evaluation indices of the machine tool are proposed and discussed, and the global kinematics performance evaluation atlases are given. In the parameters optimization process, considering the assembly technique, a design scheme of the 5-DOF gasbag polishing machine tool is given to own better kinematics performance based on the proposed statistics parameters optimization method, and the global linear isotropic performance index is 0.5, the global rotational isotropic performance index is 0.5, the global linear velocity transmission performance index is 1.012 3 m/s in the case of unit input matrix, the global rotational velocity transmission performance index is 0.102 7 rad/s in the case of unit input matrix, and the workspace volume is 1. The proposed research provides the basis for applications of the novel 5-DOF gasbag polishing machine tool, which can be applied to the modern industrial fields requiring machines with lower inertia, better kinematics transmission performance and better technological efficiency.