iSIGHT联合仿真平台的搭建及加工中心质量分布对整机动特性的影响

加工中心结构件的合理质量分布,对于提升整机动特性有着十分重要的影响。为了研究加工中心结构件质量分布对整机动特性的影响,搭建了基于iSIGHT的CAD/CAE联合仿真平台,驱动Creo调整机床结构件的质量分布,并将调整后的整机三维模型导入到ANSYS中,运用APDL语言进行自动化的有限元分析;然后利用iSIGHT后处理统计分析大量所得仿真数据,归纳总结出加工中心结构件质量分布对整机动特性影响的一般规律。以提高整机前5阶固有频率为优化目标,以机床立柱的静刚度和床身内部结构尺寸为约束条件,得到了较合理的机床结构件质量分布,有效地提升了加工中心整机的动特性。以某800型"框中框"式加工中心为例,调整质量分布后的整机前5阶固有频率都得到了不同程度提高。     

精密卧式加工中心质量匹配设计方法

提出了以机床结构件质量作为设计变量,以整机动态性能最高作为设计目标,综合运用试验设计、响应面拟合及多目标遗传算法,实现支撑结构件优化匹配设计的方法。以某卧式加工中心立柱组件为例,验证所提出的方法。结果表明,在组件质量下降412 kg的情况下,首阶固有频率提高2.268%,X向和Y向动柔度分别下降10.032%和6.298%,动态性能提升显著。所提出的质量匹配设计流程与方法为机床整机结构动态性能改进提供了重要的方法和理论依据。     

机床导轨结合部动态特性的有限元分析方法

基于动态的结合面基础特性参数,研究了机床导轨结合部特性的有限元建模方法,并将其用于机床整机的动态特性分析,为机床整机特性分析中结合部特性参数的确定提供了一种方法,使机床在图纸设计阶段预测整机特性成为可能.首先给出了结合部单元的建模方法,然后通过一个实例,说明了该方法的有效性.     

机床导轨结合部的动态特性解析方法及其应用

基于结合面动态基础特性参数,研究了机床导轨结合部动态特性的建模解析方法,并将其应用于机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,使机床图样设计阶段预测整机动态特性成为可能。     

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。     

基于结合面基础特性参数的机床导轨结合部动态特性解析方法

导轨是机床的最重要功能部件之一,由于其具有滑动特性,因此也是机床整机动态特性中最有影响的结合部之一.本文以结合面的基础特性参数为基础,研究了机床导轨结合部的动态建模解析方法,并将其应用于机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,并为机床图样设计阶段预测整机动态特性开辟了道路.     

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%。     

五轴联动加工中心动力学建模及质量匹配优化

为了解五轴联动加工中心结构件质量对整机性能的影响规律,结合集中参数法和子结构综合法建立整机动力学模型.依据五轴联动加工中心拓扑结构特点,基于子结构综合思想,将其分为两个拓扑子链并分别开展影响规律分析;基于结构件间的质量关系,提出了机床质量匹配度的评价指标?结构件质量比(RT).通过分别对刀具链和工件链中结构件质量进行匹...     

基于结合面基础特性参数的机床导轨结合部动态特性解析分析

导轨是机床的最重要功能部件之一,由于其具有滑动特性,因此也是机床整机动态特性中最有影响的结合部之一。本文以结合面的基础特性为基础,研究了机床导轨结合部的动态建模解析方法,并将其应用机床整机动态特性解析,为机床整机动态特性解析中结合部参数的确定提供了一种方法,并为机床图样设计阶段预测整机动态特性开辟了道路。     

复合机床动态耦合特性分析及优化

针对自主研制的复合机床多工况和多轴联动的特点,对机床在多轴联动下的动态耦合特性进行仿真分析,结果表明立柱为影响机床动态耦合性能的关键结构件;以立柱为优化目标,提出了一种BP神经网络近似模型与NSGA-Ⅱ算法相结合的优化设计方法;采用最佳填充空间试验设计,在设计空间抽取样本点进行网络训练,并构建神经网络近似模型;利用NSGA-Ⅱ算法对神经网络模型循环逼近优化,得到Patero前沿解。结果表明,优化后整机前两阶固有频率得到较大提升,机床在X、Y、Z方向上的共振峰值分别下降了41.0%,57.5%和39.7%。     

高速数控铣床关键部件动态特性的测试与分析

通过对高速数控铣床关键部件的模态试验的动态特性分析,了解数控铣床整机结构的固有特性,得到机床系统的模态参数和模态振型,找出影响机床动态特性的主要薄弱模态,为机床结构的动态改进设计提供参考依据和改进目标。     

数控机床整机动态特性测量技术及其应用项目1:数控机床动力学设计缺陷定位技术研究

机床的动态特性决定了机床切削的能力、机床切削的精度,是影响机床性能最为重要的特性。在加工状态下获得机床整机动力学测试结果,是建立机床数字化虚拟样机、评价机床各主要部件动态性能、发现设计缺陷、结构设计优化和机床性能监测的前提。本项研究基于贝叶斯运行模态分析法(BOMA)对加工状态下的机床整机进行动态性能测试与模态识别,获得整机的模态参数,包括固有频率、模态振型以及阻尼特性等,并对信噪比水平进行评估。通过对模态识别结果进行分析,结合加工过程中机床的动力学测试结果,对机床结构动力学设计的薄弱环节进行精确定位;并进行了相关实验研究,对改进后的机床动力学特性进行了测试,验证了本项研究中方法的有效性。     

基于模态分析的机床部件夹层结构阻尼参数的特性研究

动态特性是影响机床精度的重要因素,目前,材料组合是被经常采用的一种有效方法。为了研究机床部件的动态特性,制作了螺栓连接夹层结构件。基于实验模态分析理论,采用TST 5912动态信号测试分析系统分别对以HT200和QT500材料为基层和约束层,丁腈橡胶(NBR)板和聚丙烯塑料(PP)板为夹层材料的结构件进行锤击实验。通过改变基层材料、约束层材料、夹层材料及厚度,获得夹层结构件的振型、固有频率、阻尼比等参数。实验表明,橡胶夹层结构的阻尼比大于塑料夹层结构的阻尼比,且随着夹层厚度的增加而增大;基层越薄,夹层结构件阻尼比的增加速率越大。     

基于机床装配序列模态测试的绿色制造技术研究

以一台立式加工中心为研究对象,对机床装配各环节的模态参数进行分析研究,建立了机床的模态分布表,给出每个部件和结合面对整机动态特性的贡献量分析,精确地找到机床整机的薄弱环节.通过对装配环节中工艺进行绿色制造技术优化,改进结构上的薄弱环节实现绿色制造,提升机床整机动态特性.     

带锯机架整体的筋板结构设计与优化

为减小木工带锯机床整体振动,提高加工精度,降低整体质量,对筋板结构建立系统振动数学模型,根据运动微分方程对筋板结构单元进行动态性能和载荷分析,得出最适合该机床的筋板结构类型,并采用三维建模软件对机床机架进行参数化建模。根据实际工况,采用ANSYS对机架整体进行有限元静力学分析。基于静力学仿真结果,采用拓扑优化方法对机架进行轻量化设计,并对机架尺寸提出修改和优化方案。研究结果表明,井字形筋板结构和T字形筋板结构为该机架的最优筋板结构单元,且满足刚度和强度要求;通过轻量化设计使机床整体质量下降16.9%,实现轻量化目标。     

基于模态柔度和能量分布的机床动态优化设计

使机床切削点动柔度最大值在整个工作频率范围内最小,是机床实现无颤振稳定切削和高精度切削加工的要求,也是对其进行动态优化设计所应达到的目标。基于模态柔度和能量分布的机床结构动态优化设计原理,实现了一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的优化方法。该方法利用切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,首先寻找薄弱模态,再分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定该模态上的薄弱环节,然后在一定的约束条件下,改进这些环节的设计参数,从而实现优化目标。以某型万能工具铣床为例,在整机建模分析计算的基础上,阐述了该优化方法的具体应用。通过模态柔度和能量分布计算,判明该机床的薄弱环节是横梁-水平主轴体系统,针对薄弱环节设计参数的改进实现其质量和刚度的优化,优化后的静柔度和模态柔度都有较大的降低,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低近18%。并在此基础上进行结构改进设计,改进前后机床的谐响应分析和切削试验对比结果表明优化方法有效地改善了机床的动态性能,再生颤振稳定性得到大幅提高。     

基于模板的飞机结构件建模方法研究

为了提高飞机结构件的设计效率和设计质量,解决设计重用的问题,运用catia知识工程技术建立参数化模板的建模方法,对模板实例化过程中出现特征定位不准确和模板实例化不正确的问题进行分析,研究了特征定位和草图约束对模板实例化结果的影响,提出了基于模板的飞机结构件建模方法。以此为基础对典型的飞机结构件构造正确的参数化模板,并且在不同外部条件下,采用参数驱动的方法实现了模板的实例化,同时验证了该方法的有效性和可靠性。为飞机结构件建模提供了参考价值。     

注塑机械手的动态多目标优化

为了满足在保证注塑机械手初始动态刚度的条件下达到整机轻量化的要求,提出基于整机质量、一阶最大变形量和一阶固有频率为目标函数的整机多目标优化设计方法。运用ANSYS软件对参数化模型进行模态分析。使用中心复合设计的试验方法选取合适的结构有限元分析样本点,对样本点处的整机动态特性进行计算和分析,建立反映结构设计输入与响应输出关系的二次多项式响应面模型。建立注塑机械手的多目标优化数学模型,比较分别使用多目标遗传算法、筛选算法、非线性二次规划算法获取的Pareto解集得到最优解。对基于加权平均法的灵敏度分析得到的各设计变量灵敏度值平均数进行排序,可以帮助设计人员淘汰部分设计变量,从而提高优化效率。最后,在保证注塑机械手整机动态性能不降的前提下,整机质量减轻了11.27%。结果表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

数控机床整机动力学性能可视化分析与仿真

将数控机床整机的动态性能分析与可视化设计方法相结合,以沈阳机床集团的某数控加工中心为例,提出了整机动力学可视化设计流程,包括设计目标、设计内容以及设计方法;最后对该加工中心进行整机动态性能可视化仿真,得出强度、固有特性以及谐响应情况,为该机床结构性能的优化提供依据.     

基于元结构的YKW51250插齿机床身动态特性分析及试验验证

YKW51250插齿机床身是关键的承载大件,其动态性能的好坏将直接影响整机的加工精度和稳定性。为实现床身的快速动态优化设计,提出了一种新的机床动态特性分析方法,这是一种基于元结构理论的分析方法,将元结构理论合理应用于机床动力学领域。首先,使用Python语言建立元结构的参数化模型,分析机床床身元结构各主要参数对其动态特性的影响。在此基础上,对床身元结构参数进行多目标优化,得到了元结构的固有频率和质量,以及元结构参数间映射关系和多目标优化的Pareto解集。再次,通过LMS试验验证了优化结果。最后,通过YKW51250插齿机床身算例证明了该方法是可行的,床身低阶固有频率得到了较大幅度的提高,改善了床身的动态特性,实现了根据机床元结构变量制造满足相应要求的机床的目标,具有较高的精度和较强的工程实用性。