高液静压无心磨床砂轮主轴的优化设计研究

为了改善高液静压无心磨床砂轮主轴的受载变形情况,提升磨削时的旋转精度,提出结合砂轮主轴的结构和加工过程中的受力及变形情况,采用遗传算法对砂轮主轴进行优化设计。首先,分析了砂轮主轴的结构原理及实际受力情况,提出通过提升砂轮主轴的刚度来减少主轴变形,接着建立了以主轴刚度最大、体积最小为目标函数的数学模型,最后在MATLAB里利用遗传算法编制程序对模型进行计算,并分析了迭代过程中砂轮主轴的刚度和体积变化情况。研究结果表明,砂轮主轴优化后刚度提升了2.23%,从而改善了砂轮主轴磨削加工中的变形,提升了主轴的旋转精度;体积缩小了1.35%,节省了制造成本,同时为相关轴类零件的优化设计提供理论依据。     

液体静压主轴热特性分析与试验研究

有效的热变形仿真分析是机床热平衡设计以及热误差补偿的基础。为了提高热变形仿真的精度,通过优化发热量等计算方法以及合理设计分析流程,基于ANSYS Workbench对超硬车数控车床液体静压主轴箱系统进行热特性仿真分析以及温升测试试验。热特性仿真与测试试验结果表明:温度场仿真与试验结果误差在5%以内,保证了热变形仿真的有效性。由变形仿真分析知:主轴3个方向上的热变形及主轴前端最大变形为5μm,为热误差补偿提供理论基础。由试验结果得到了同一转速下各热源处温升随时间的变化曲线,为合理预热、提高加工精度提供理论基础。     

高速高精密立式加工中心主轴热态特性分析北大核心

主轴的热特性是影响机床加工精度的主要因素之一,文章针对某高速高精密立式加工中心主轴首先进行三维模型构建,分析其主要热源并确定热边界条件,然后采用有限元方法进行温度场和热—结构耦合分析,得到主轴温度场和热变形分布图,最后分析了冷却液流量对主轴热特性的影响。结果表明:主轴达到热平衡时,最高温升为7.9℃,总变形量为22.6μm,且当冷却液流量为4.5L/min时,主轴热特性最佳,该结果为后续的立式加工中心主轴结构优化设计及热误差补偿奠定了基础。     

基于Workbench的重型电动数控螺旋压力机机身轻量化设计

针对当前压力机机身笨重与材料浪费的问题,以EP-12500重型电动数控螺旋压力机机身为研究对象,探索压力机机身结构的轻量化设计方法。首先,基于Workbench对压力机机身进行有限元分析,得到机身应力值远小于材料屈服强度的非承载区域;然后,采用拓扑优化模块对机身非承载区域进行拓扑优化;最后,以质量最小化为目标,确定机身结构材料去除区域的具体位置,实现对机身结构的轻量化设计。优化结果表明：优化后压力机机身的体积与质量均减小了9.65%,实现了机身轻量化,减少了制造成本;机身预紧工况下最大变形量增加了0.17 mm,打击工况下最大变形量增加不足0.01 mm,与原机身变形基本一致;机身预紧工况下垂直刚度为8.21 MN·mm^-1,打击工况下垂直刚度为13.08 MN·mm^-1,均满足使用要求;机身预紧工况下最大等效应力降低了2.51%,打击工况下最大等效应力降低了18.3%,降低了底座承受的冲击力,提高了底座的使用寿命。     

大扭矩铅带双辊连铸机主轴结构优化设计

用于铅带毛坯生产的双辊连铸机,最大瞬间扭矩可达240kN·m。由于主轴结构尺寸的限制,不能将主轴直径设计过大,以致铅带连铸机主轴扭转变形过大的问题一直未能很好地解决。以双辊连铸机主轴直径为设计变量,主轴质量、运行可靠性为优化目标,利用植物生长算法的向光性原理,结合连铸机主轴结构设计问题,通过研究构建了"基于植物生长算法的大扭矩铅带双辊连铸机主轴结构优化设计"数学模型。利用构建的数学模型,对双辊连铸机主轴进行实例优化设计;并通过试验证明了该方法的可行性、科学性和实用性。     

龙门加工中心主轴系统热态特性分析

建立了龙门加工中心主轴系统的有限元模型,计算了主轴轴承的发热量以及主轴系统各个表面的对流换热系数,利用ANSYS对其温度场进行有限元分析,并利用ANSYS中的耦合场分析计算出主轴系统的热变形。计算结果表明：主轴系统在一定载荷下以3000r／min的速度运转时,需要2h45min可达到热平衡状态;最高温升出现在前端轴承安装处,最大热变形达21．7μm。分析结果为主轴系统结构优化设计以及冷却、补偿系统的设计提供了一定依据。     

基于模态分析的智能三主轴加工中心结构优化

简单介绍了当前的实验模态分析的相关理论和方法,重点介绍LSCF(最小二乘复频域法)方法的理论知识;随后以智能三主轴加工中心整机为测试对象,采用LSCF方法(最小二乘复频域法)对三主轴加工中心进行了实验模态分析并对其结果进行分析。最后将实验结果和有限元模态分析结果进行对比;得出结论:主轴箱是薄弱环节,优化内筋板高度和侧筋板厚度尺寸;优化后的主轴箱x,y和z向最大变形率别下降了9.32%、7.89%和8.89%,证实模态分析方法具有可靠性。     

TB6钛合金筒形件强力旋压成形工艺模拟

建立了TB6钛合金筒形件旋压成形工艺模型，运用有限元软件对不同工艺参数下工件的变形过程进行了模拟，分析了工件在旋压过程中的受力和变形特性，并研究了减薄率(30%～45%)、变形温度(900～1050℃)、主轴转速(3～6 r·s^-1)和旋轮进给率(1.0～2.5 mm·s^-1)等工艺参数对旋压过程中等效应力、等效应变的影响规律。结果表明：变形温度和主轴转速对工件成形质量的影响较小，旋轮进给率和减薄率对成形质量的影响较大。随着旋轮进给率的增大，外径圆度精度呈V形分布；随着减薄率的增大，工件的最大等效应力和等效应变均随之增大。综合优选出的最佳的旋压工艺参数组合为：减薄率为30%、变形温度为1000℃、主轴转速为4 r·s^-1、旋轮进给率为2 mm·s^-1。     

立式加工中心动力学分析及结构优化研究

研究了通过机床的动态特性分析进行结构优化的方法,提出了一种新的优化设计方案。针对对机床整机模态特性和谐响应特性,在有限元分析软件中对机床动态性能进行了仿真。分析结果表明,主轴箱和立柱为机床敏感部位,因此使用有限元分析软件对主轴箱进行拓扑优化,并且为立柱增加筋板。根据优化结果重新设计机床主轴箱和立柱结构,将优化后与未优化的机床的分析结果进行对比,结果表明机床的动态性能得到明显改善,主轴箱各阶固有频率提高10%左右,机床整机固有频率提高4%左右,x方向上的响应峰值减少约2%。     

龙门加工中心主轴滑枕结构有限元分析技术研究

龙门加工中心主轴滑枕结构是连接刀具和机床的一个重要部件,其受切削力和受热变形将直接影响刀具的加工精度.通过建立龙门加工中心主轴滑枕结构的有限元分析模型,在计算热源发热量以及主轴滑枕结构热边界条件的基础上,利用ANSYS有限元分析软件在其工作状态下进行切削力变形分析、稳态热变形分析以及热-结构耦合分析.得到了主轴不同转速条件下主轴滑枕结构热态性能及刀盘直径方向变形规律,为该型龙门加工中心主轴滑枕结构优化设计和热变形补偿提供了理论依据.     

高速电主轴冷却系统试验研究

针对高速电主轴实际运行中主轴内部发热量大、温度升高等导致主轴热变形而影响电主轴加工精度问题,以某型电主轴为研究对象,通过仿真与试验结合的方法探究冷却系统冷却能力。阐述电主轴热态特性;分析螺旋和循环冷却系统的有限元仿真结果;进行冷却系统对比试验,验证仿真结果。结果表明:螺旋冷却系统稳态下整体冷却效果和冷却速率都优于循环冷却系统。研究结果为电主轴设计、优化与开发提供了一定的技术参考。     

对高速电主轴静刚度的测试及分析

为研究高速电主轴静刚度的特性,利用DH3818静态应变测试仪,以高速电主轴为本体,研究高速电主轴静刚度与作用在电主轴上的力之间的关系。使用静态应变测试仪和力传感器在电主轴处于稳定状态时对1.5×10~4r/min电主轴和6×10~4r/min电主轴的径向刚度和轴向刚度进行测试,通过测试得知:高速电主轴静刚度大小与端部变形量成反比。对比分析1.5×10~4r/min电主轴轴向刚度与径向刚度,可知电主轴径向刚度远远大于轴向刚度;对比分析1.5×10~4r/min与6×10~4r/min电主轴径向刚度,可知最高转速低的电主轴比最高转速高的电主轴刚度大。又因为过低的静刚度会对数控机床的性能造成影响,所以提高电主轴静刚度也可使机床的性能得到提高。     

轴芯冷却对电主轴热-机械特性影响的实验研究

电主轴的热特性与机械特性相互作用,采用轴芯冷却在降低电主轴温升的同时也会影响其机械特性。对具有轴芯冷却结构的150SD电主轴进行热特性、静刚度和动态响应测试,研究轴芯冷却对电主轴热-机械特性的影响。结果表明：轴芯冷却减少了电主轴系统热平衡时间和轴向热变形,但会导致不同转速下系统静刚度和1、2阶固有频率降低。在设计阶段需要对轴芯冷却电主轴从悬伸量、跨距和几何尺寸等方面进行综合优化设计,提高其机械特性。     

数控机床电主轴单元热-结构特性动态分析

分析了高速电主轴单元热变形机理与散热机制,对主轴单元热态特性要求进行了描述,利用AN-SYS对高速电主轴进行了热-结构耦合分析。通过改变电主轴有限元模型中的边界条件,对不同转速、润滑方式、冷却结构设计、内装式电机选择条件下电主轴热-结构特性进行了对比分析。根据分析结果,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考。     

基于热-结构耦合模型的高速电主轴温升特性分析与实验研究

为解决热变形对主轴寿命及加工精度的影响,对高速电主轴的温升特性进行研究。首先建立了电主轴的热 结构耦合模型,然后利用ANSYS软件进行热态模拟,分析稳态温度场的分布以及电主轴的热变形情况,最后探讨了主轴转速与切削力的变化对电主轴温度的影响。研究结果表明：所用方法可有效模拟电主轴工作过程中温度场分布以及热变形,仿真与实验结果基本一致,为电主轴温度控制提供参考。     

基于热接触分析的电主轴热态特性研究

采用热接触有限元分析方法对电主轴的温度场进行了分析,并且通过实验对有限元分析模型进行了校核和验证,提出了改善电主轴热态特性的措施,对改进措施的效果进行有限元分析,分析表明改进措施具有良好效果。分析了在油脂润滑和油-气润滑条件下电主轴温升所引起的的热变形,结果表明降低主轴温升对减小主轴的热变形具有明显效果。     

主动磁悬浮电主轴系统建模与控制参数分析

为实现磁悬浮电主轴的稳定悬浮运行并满足加工精度要求,通过对某型号主动磁悬浮电主轴的结构和控制原理进行研究,在忽略主轴转子磁化和磁漏等非线性因素影响的前提条件下,通过对主轴转子在磁悬浮轴承中的受力分析,建立了磁悬浮轴承的电磁支承力与轴承气隙偏移量及控制电流的表达式,对基于不完全微分PID控制的磁悬浮电主轴系统的临界转速与磁悬浮轴承的电磁刚度进行了定量研究,得到不同PID控制参数下,磁悬浮轴承支承刚度随涡动频率的变化曲线及固有频率随PID控制参数的变化曲线图。研究结果为磁悬浮电主轴控制系统进一步设计使用和分析优化提供了依据。     

数控机床高速主轴单元动态特性仿真分析

对电主轴建立了较精确的三维有限元建模,经有限元计算分析,获得了电主轴的模态和谐响应特性,研究了电主轴的固有频率、振型和临界转速,对高转速条件下主轴前端及不同特征位置所发生的最大动态位移进行了分析计算,验证了主轴结构设计的合理性.     

电主轴温升在线检测系统的研究

随着高速加工的发展,对电主轴的要求也越来越高,电主轴的发热成为一个有待解决的重大难题。文章采用红外测温的方法对电主轴进行在线检测,建立温度模型,对电主轴温升及其故障进行预测和报警。最后提出了有效降低电主轴温升减少主轴热变形的方法。     

立式加工中心主轴箱静动态特性分析及拓扑优化

主轴箱是立式加工中心的重要部件,其静动态特性对加工中心的加工精度以及平稳性有重要影响。以某型号立式加工中心主轴箱为研究对象,应用SolidWorks建立主轴箱的三维模型,利用ANSYS Workbench软件对其在典型工况下进行静动态特性分析。根据主轴箱静动态特性分析结果可对主轴箱结构进行优化设计。利用ANSYS Workbench中拓扑优化模块对主轴箱结构进行拓扑优化,根据拓扑优化结果以及实际工作情况,对主轴箱结构进行合理的改进。对比改进前后的分析结果可知:改进后主轴箱质量减少2.3%、最大等效应力减小3.34%,静刚度得到提高,达到优化目的。该研究结果为其他类型机床主轴箱优化设计提供参考