数控机床立柱结构有限元分析与优化设计研究

立柱是机床基本的零部件之一,其静动态特性对机床整机的性能有很大影响。为保证机床的静动态特性及工件的加工精度,运用SolidWorks三维软件和Ansysworkbench有限元分析软件时立柱进行了静力学分析和模态分析。根据仿真分析结果,针对立柱的薄弱环节进行相应的结构改进优化,并对改进后的立柱进行静动特性分析。仿真结果表明：改进后立柱的变形量减少了7．6％,一阶模态频率提高了27．4％,同时质量减小了26kg,静动态特性得到了明显提高。为数控机床静动态性能的提高提供了理论依据。     

螺检节点球加工中心立柱的静动态分析

针对加高后螺栓节点球加工中心立柱的特点,应用ANSYS对立柱进行了静动态分析,得到立柱较真实的静动态特性,求解出立柱在加工要求下的变形图和立柱结构前四阶模态振型及固有频率.根据分析结果,找到立柱的薄弱环节和影响立柱静动态特性的主要因素,为加工中心机械结构优化设计提供了详实可靠的理论依据.     

高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析

立柱静动态特性对机床整机的性能有很大影响,基于有限元设计高速龙门加工中心立柱结构,为保证机床的动态特性,在ANSYS Workbench软件中建立立柱的有限元模型,并分析立柱两种工况的受力,然后对其进行静力学、模态和谐响应性能分析。仿真结果表明:两种工况下立柱的静态刚度和强度、振动特性均能满足设计指标;谐响应分析找出了立柱在激振频率作用下的共振频率。验证了立柱结构设计的合理性,并为有效避开共振频率,实现高速龙门镗铣床的高速度、高精密切削加工提供了理论依据。     

基于拓扑优化方法的机床立柱轻量化设计

以某型机床立柱为研究对象,开展了立柱结构的轻量化研究工作。首先,利用Hyperworks软件对立柱结构进行静态和动态特性分析,得到立柱在切削力工况下的应力、变形位移云图、固有频率、振型以及频率位移响应曲线;然后,采用变密度法以柔度最小为目标函数进行拓扑优化,根据拓扑优化云图得到立柱内壁的筋条排布形式;接着,提取加筋板的中面并建立2D模型,进行尺寸优化设计,得到加筋板的最优厚度尺寸;最后,将优化模型与原模型进行力学性能对比分析。优化结果显示:基于拓扑优化方法的机床立柱可在减轻重量的同时提高其静、动态特性。     

大型数控双柱立车立柱动力学结构分析与优化

立柱是数控双柱立车的重要支撑件,其结构设计是否合理及其静动态特性的高低直接影响机床的加工精度和寿命。文章通过有限元分析得出立柱的各阶固有频率和振型;并根据虚功原理得到其动力学方程;然后对动力学模型结构进行优化设计,主要以壁厚、筋板厚度、筋板间距为优化变量;最终对改进后的立柱进行分析;并对立柱改进前后的动态特性进行对比分析,运用模态实验进行合理性验证,达到立柱轻量化设计的目的,为同类零部件的生产加工提供理论依据。     

加工中心立柱多目标拓扑优化

利用ANSYS建立某型加工中心立柱的有限元模型,以立柱的极限工况为条件,进行有限元静力分析和模态分析,从而对立柱的动静态特性进行分析;利用功效函数法对各优化目标进行折衷处理,建立静刚度和前两阶固有频率最大化的多目标拓扑优化数学模型,并利用ANSYS对立柱进行多目标拓扑优化分析,依据分析得到的立柱密度云图和立柱设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证表明:改进后的立柱质量有所减小,动静态特性也得到显著改善。     

基于有限元的龙门式设备立柱优化设计

随着大型构件加工需求的增长,龙门式加工设备的应用也越来越广泛。研究了常见的龙门式设备凹形截面立柱的惯性矩特性,分析了凹口尺寸对惯性矩的影响。采用有限元分析软件ANSYS协同仿真环境Workbench对龙门式设备的凹形截面立柱进行有限元比较分析计算,研究其静、动态特性,并选取了最优立柱凹口截面参数。     

基于有限元的加工中心立柱多目标拓扑优化

以提高某型加工中心立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上,利用折衷规划法和功效函数法对各目标进行处理,建立静刚度最大化和前两阶固有频率最大化的多目标拓扑优化数学模型;运用ANSYS对立柱进行多目标拓扑优化分析,依据分析得到的立柱结构材料最佳分布和立柱的设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证。结果表明:改进后的立柱质量有所减小,动静态特性也得到显著改善。     

数控铣床立柱结构动态分析与优化

利用三维软件对数控铣床进行三维建模,利用有限元方法对其主要支承部件--立柱进行动态特性分析,比较立柱中不同肋板布置方案对动态特性的影响,提出结构优化方案.     

精密卧式加工中心立柱综合性能优化设计及分析

为提高精密卧式加工中心立柱的综合性能,采用拓扑优化与多目标参数优化相结合的系统优化方法对立柱进行分析及优化。利用ANSYS计算并分析了原始立柱的质量和静、动态性能。以立柱的刚度最大为目标,采用拓扑优化技术研究立柱的载荷传递路径。基于拓扑优化结果,分别以立柱的最大振幅和质量最小为优化目标,以立柱的最大静应力和最大静变形及质量不大于原始立柱相关参数为约束,对立柱进行多目标参数优化设计,确定了最佳结构和最佳参数的立柱。其与优化前相比:质量降低6.1%、静刚度和强度提高10%以上、各轴的最大振幅分别减小29.5%、26.7%、9.2%、最小动刚度分别提高43.5%、36.8%和8.8%。