某龙门机床横梁有限元分析及优化设计

本文以某定梁式龙门加工中心横梁为研究对象,针对原有结构特点,应用ProE软件建立机床的三维分析模型,利用ANSYS Workbench软件对其进行静、动态性能仿真分析。根据有限元分析结果,找出原横梁的薄弱环节,提出横梁结构的改进方案。针对改进方案对横梁的三维模型进行修改,并运用软件对其改进后的模型进行验证与分析。结果表明：对横梁结构进行改进后,有效的提高了横梁的静、动态性能,优化后的横梁下导轨安装面的变形减少了11%,上导轨安装面的变形减少了33%,应力减少了38%,一阶模态的固有频率增加了13.7%,为龙门系列机床横梁的设计提供了有益参考。     

基于正交试验的机床移动横梁多目标优化设计

为了提高机床移动横梁静、动态综合性能,机床横梁必须具有合理的筋板布局和结构特性。建立了横梁振动力学模型,理论计算了横梁最大耦合变形量,在三维设计软件中对机床横梁进行三维建模,并使用Ansys对横梁进行静态、模态分析。文中以机床横梁质量、最大耦合变形、最大耦合应力、一阶固有频率作为评价机床横梁设计优劣的目标函数,以横梁筋板结构、筋板厚度,上导轨支撑筋板倾斜角度作为设计变量进行多目标优化设计。采用正交试验法,设计了3因素4水平的正交试验;运用综合平衡法确定最优水平,从而得出最优的试验方案。结果表明,横梁理论计算变形量与仿真分析值相近,且横梁"井"型筋板结构,筋板厚度25 mm,上导轨支撑筋板倾斜55°设计为最优方案,其中与原设计方案相比质量减轻了473 kg,横梁总形变减少了7.455%,一阶固有频率提高了2.956%。研究证明,采用正交试验法合理设计横梁试验因素与水平,可以以较少的试验次数获得最优的试验结果,说明正交试验法具有较高的工程运用性。     

大跨距数控龙门机床横梁优化设计

本文通过对比几种龙门机床的横梁结构,优选出变形最小的结构,对该结构进行灵敏度分析后获得最小重量和最佳刚性的横梁结构,获得较高的固有频率。最后得到横梁上下导轨在X、Y向的变形曲线图,利用该图形成加工反变形曲线图,提高了横梁的精度及稳定性。     

影响龙门镗铣床坐标垂直度的横梁结构和工艺研究

龙门镗铣床的床身X轴与横梁Y轴垂直度误差是其坐标垂直度误差的主要方面。对其影响因素进行分析后发现横梁导轨的不均匀磨损会增大横梁导轨的直线度和上下导轨的平行度误差,从而严重影响镗铣床坐标垂直度误差。为防止此种情况产生,从横梁的结构和装配工艺两方面对其进行研究。发现横梁的不等高导轨结构可防止不均匀磨损使上下导轨受力均匀,通过有限元仿真分析得到了横梁导轨安装基面的最佳高度差。对实际装配工艺产生的垂直度误差进行计算,发现装配工艺可能导致机床坐标垂直度误差超差,降低导轨寿命。最后给出了改进建议。     

龙门磨床的横梁设计研究

龙门机床横梁是机床的重要组成部分之一,横梁上的导轨与横梁一般均采用一体化铸造成型。横梁的变形对横梁导轨的精度有较大影响。不同的横梁筋板布局形式影响横梁的变形也不尽相同,设计过程中合理布置横梁筋板能够很好的减小横梁的挠曲变形,从而保证机床的加工精度。用有限元分析方法对横梁进行了分析,对筋板布局进行优化验证。     

基于有限元的重型双柱立车横梁结构分析

针对最大加工直径为6300mm的重型立车横梁部件进行静态分析,应用Inventor软件建立三维模型和应用ANSYS Workbench软件建立横梁结构有限元模型,分析了横梁装配体在加载刀架后导轨变形及增加卸荷装置后导轨变形情况.     

闭式静压导轨结构静动态性能分析

闭式液体静压导轨是高精密车床的重要元件,用Solidworks建立精密机床导轨的关键零部件的实体模型,并且利用Workbench对其进行了有限元分析,其中包括静态性能分析和模态分析。静态性能分析得到导轨零件在工作状态下的受力变形云图和应力分布云图,获得零件的最大变形量和最大应力值;模态分析得到了导轨零件各阶的固有频率和振型,分析结果显示各个导轨零件的各阶固有频率均远远大于机床工作的固有频率,能有效避免"共振"现象的发生,能有效满足机床的使用要求。     

龙门加工中心移动横梁关键结构设计与优化

龙门加工中心移动横梁承受滑座、滑枕等零部件的重量及自身重力的情况下产生弯曲变形,为降低横梁受力变形量和提高横梁静动态特性,采用两种方法对横梁进行优化设计。设计了8种横梁筋板结构及对横梁上导轨面悬臂支撑结构进行了优化设计,运用有限元分析软件对横梁进行了静力学与模态特性分析,得到横梁结构总形变位移量和前六阶振型频率。结果表明,因横梁自重引起的变形占总变形的45.1%;"井"型结构设计最优,其总形变位移量降低了8.98%,质量减轻了329kg,一阶固有频率提高了2.40%,具有良好的静动态特性;筋板结构设计的作用主要体现在减轻横梁质量上,上导轨悬臂支撑结构倾斜设计的作用主要体现在减小横梁弯曲变形上,两种方法的结合使用可有效提高横梁性能。     

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。     

数控机床滚动导轨结合面参数的特性分析

机床导轨结合面是影响机床特性的关键因素,在机床整机的建模分析中是必须要考虑的部分。根据滚动导轨结合面的模态试验结果和有限元分析结果,对导轨结合面的参数进行优化识别,得到导轨结合面的动刚度和阻尼,为机床整机建模分析提供了重要的依据。     

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。     

基于模态试验的导轨滑块结合面分析与有限元仿真

导轨结合面是机床结合面的重要组成部分,机床的整机动态特性分析在很大程度上取决于如何正确处理机床导轨的结合面.文中运用三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS Workbench 12建立模型,采用弹簧-阻尼模型简化处理结合面,并对导轨滑块系统进行有限元仿真和模态试验,得到滑块的固有频率和模态振型,对比两种结果是否一致,从而验证了导轨结合面处理模型的正确性,并对导轨滑块结构提出了改进建议.     

数控机床精度匹配设计

作为机床关键部件的横梁,由于重力等因素无法实现给定精度要求,对此采用反变形原理,对横梁部分的导轨安装面与靠面进行加工曲面的设计。结合测试验证了反变形原理设计导轨安装面曲面的正确性。     

龙门加工中心横梁导轨靠合面变形分析与补偿研究

横梁自重及其他功能部件重量等多源因素共同造成了横梁导轨靠合面的Z向凹陷及扭转变形现象,进而导致靠合面精度失真并影响龙门加工中心横梁Y向综合直线度。为消除不利因素对导轨靠合面产生的影响,文章基于有限元分析法,聚焦横梁上下两导轨靠合面,建立仿真分析试验方案,求解不同位置处变形量并拟合绘制出其全程变形曲线,依据该曲线对导轨靠合面进行形变量修复补偿。实际测量结果表明：补偿后的龙门加工中心横梁Y向综合直线度精度得到有效提升。     

一种新型立式机床结构改进方案

普通立式机床和龙门机床中,床身水平放置,床身上设置工作台,可沿床身导轨转动或移动,床身左右设置立柱,横梁和交叉导轨设置在立柱上方,刀架或者加工主轴放置在横梁上。现有结构存在以下问题:刀架偏置使切削受力不合理,容易出现横梁大的形变影响加工精度;热平衡缺陷,加工过程中由于刀具切削发热,主轴电机热量无法对称扩散,造成横梁、立柱受热不均匀变形,影响加工精度。文中提出一种新型立式机床结构,采用对称设置,在不增加机床结构尺寸前提下,保证热平衡,极大减少机床加工过程中受热结构变形,提高加工精度,具有一定的推广价值。     

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。     

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。     

重型立式加工中心龙门架设计

对重型立式加工中心龙门架的立柱导轨结构和横梁平衡装置进行技术改进,将立柱一字型导轨结构改进为阶梯导轨结构,使横梁升降丝杠的中心和横梁重心重合,使横梁处于最佳受力状态。将横梁机械重锤平衡结构改进为双油缸平衡结构,数控系统可精确控制横梁两侧平衡力的大小,从而精确控制固定在垂直刀架滑枕上刀尖的位置,提高机床X轴、W轴的数控精度。     

应对龙门机床横梁热变形的结构分析与改进

分析了一种消除定梁龙门机床横梁热变形伸缩结构的基本原理和特点,并对某专利结构的不足之处进行了分析,提出了一种新的应对定梁龙门机床横梁热变形伸缩的结构。     

组合式增压液压缸在立车横梁卸荷中的应用

应用组合式增压液压缸对重型双柱立车横梁进行卸荷,使刀架50%的重量作用在横梁卸荷梁上,以减小横梁导轨的比压及变形,从而保证机床几何精度检验G5项规定要求。