基于ANSYS Workbench的加工中心横梁有限元分析与优化

横梁是龙门加工中心关键部件之一,其静动态特性直接关系到整机性能。文章在ANSYS Space Claim环境下建立横梁实体模型,运用workbench进行横梁静动态分析计算,并在其基础上利用响应面法对其进行优化设计。改进横梁的肋板结构尺寸,提高性能,为横梁优化提供了理论依据。     

龙门加工中心横梁组件静动态分析及结构改进

为提高龙门加工中心的静动态特性,保证加工工件的几何精度,运用有限元软件对横梁组件进行了静动态分析,发现横梁是横梁组件的薄弱结构.采用对角筋板理论,对横梁进行了结构改进,并进行有限元分析.结果表明,改进后横梁组件的变形量减少了7.6％,一阶模态频率提高了17.2％,静动态特性得到了明显提高.最后通过实验结果与理论结果进行对比,验证了改进方案的合理性,为横梁组件结构设计提供了理论依据.     

多轴联动龙门式加工中心主体结构有限元分析

采用有限元软件SAMCEF Mecano,建立了多轴联动龙门式加工中心主体结构的仿真模型,基于结合面特性参数数据库,采用用户自定义矩阵来处理机床结合部的接触问题,对加工中心进行了静、动态特性分析,得出了加工中心的静刚度、模态振型、动刚度.找出了机床的薄弱环节.通过建立动态的有限元模型,对加工中心进行了动力学分析,得出不同时刻应力变化云图.验证了静、动态特性分析的正确性.这些内容为进一步的研究加工中心的动态特性、结构优化设计以及轻量化设计提供了重要依据.     

五轴龙门木工雕刻机关键部件设计与刚度分析

介绍了五轴龙门木工雕刻机的总体机械结构、电主轴工作原理及安装方法,该五轴木工数控雕刻机采用基于双摆动（A/C）电主轴的大型龙门式定梁定柱结构,具有加工跨距大、加工效率高、刚度高等特点,适应于批量或高精度加工。对龙门横梁等关键部件进行三维建模与CAE静刚度分析。分析结果表明所设计的五轴龙门木工数控雕刻机满足刚度要求。     

五轴龙门木工雕刻机关键部件设计与刚度分析

介绍了五轴龙门木工雕刻机的总体机械结构、电主轴工作原理及安装方法,该五轴木工数控雕刻机采用基于双摆动(A/C)电主轴的大型龙门式定梁定柱结构,具有加工跨距大、加工效率高、刚度高等特点,适应于批量或高精度加工。对龙门横梁等关键部件进行三维建模与CAE静刚度分析。分析结果表明所设计的五轴龙门木工数控雕刻机满足刚度要求。     

基于ANSYS的横梁进给系统结构优化

横梁进给系统作为龙门式机床的主要组成部分,其静动态性能直接影响机床的性能,而横梁进给系统的结构决定着它的静动态特性,因此很有必要对其进行结构优化。利用有限元软件ANSYS对横梁进给系统进行静动态特性分析,分别研究单丝杠的安装位置、单双丝杠的使用以及双丝杠的跨距对横梁进给系统的影响。结果表明:单丝杠安装在十字滑座质心时横梁进给系统静动态性能最好;双丝杠两点支承比单丝杠一点支承抗扭转能力好,出现扭转振型时,双丝杠频率比单丝杠高18.9%;双丝杠的跨距越大,横梁进给系统抗扭转能力越好,对应频率最大提高36.3%。     

双立柱龙门数控加工中心焊接横梁力学特性分析

采用ANSYS workbench对双立柱龙门加工中心横梁的铸造结构和焊接结构进行了静力学分析和模态分析,比较了两种结构的优缺点。结果表明,通过合理设置焊接结构横梁内部筋板,使横梁重量减轻10%,并显著提高龙门加工中心焊接结构横梁刚度,同时有效避免了薄钢板封闭框架结构易产生的薄壁颤振现象,为机床的小批量个性定制化制造提供了新思路。     

TOM-SP3208B大型数控龙门铣床横梁的设计分析与制造

横梁是龙门式镗铣床的主要支承件.文章对横梁的截面形状、导轨的分布形式以及筋板结构布置进行了设计研究,并采用有限元分析方法,获得了横梁在最恶劣工况下的变形位移和应力分布.加工制造时,通过变形补偿的加工工艺,保证了横梁的几何精度.     

龙门五轴加工中心薄弱环节的改进设计

以某型龙门五轴加工中心为研究对象,采用有限元分析的基本理论对整机进行动静态特性分析。建立了有限元模型,并对其进行了3个方向静刚度的对比分析,结合前4阶模态振型找出了影响整机动静态特性的薄弱环节——横梁,在不改变原有横梁结构基础上提出了3种优化方案。结果表明:改进结构3最为合理,并通过静变形量实验验证了改进后结构的正确性,从而提高了整机的动静态特性。     

基于MATLAB的HTM50200异型石材车铣加工中心横梁结构拓扑优化设计及实验研究

用拓扑优化方法设计一种适用于异型石材车铣加工中心的横梁筋肋结构。对拓扑优化中的材料密度法(SIMP)作了深入分析,讨论惩罚因子对拓扑结构的影响,推导出设计变量(密度)的前后迭代公式。将该数学思想通过MATLAB实现,并应用于车铣加工中心横梁部件的纵、横截面的筋肋分布,根据截面形状建立横梁的三维模型。将以此模型为依据制造的实物应用于HTM50200异型石材车铣加工中心,其有限元分析与模态实验表明该横梁动态特性良好,说明该优化设计方法的有效性和可靠性,为结构优化提供一种新思路。     

直驱机床矿物质材料龙门框架优化设计及分析

为了加工直径320 mm,高度250 mm的工件,在保证各类相关尺寸的情况下设计了一种床身和龙门框架为矿物质材料的五轴直驱复合加工中心。为了减轻机床的质量并降低其重心,对矿物质材料龙门框架进行以提高模态性能和柔度最小化为目标的拓扑优化设计,再用多目标遗传算法对拓扑优化后的龙门框架进行尺寸优化,并前后多次对其动、静态性能进行仿真分析和比较。对比市场现有铸铁龙门框架与最终优化后的矿物质材料龙门框架,结果显示：矿物质材料龙门框架质量上降低了15.03％,最大变形降低了8.7％,最大应力降低56.68％,一阶固有频率增大了23.45％。优化后的矿物质材料龙门框架在静、动态特性以及轻量化方面都要明显优于铸铁龙门框架支承件。     

强力数控龙门钻床的设计

设计的龙门钻床采用双柱定梁龙门架以及圆盘回转工作台结构,能够实现对圆盘类零件孔的强力钻削加工。运用ANSYS软件分析机床横梁的静力特性,结果表明:所设计的横梁能满足强度要求。     

重切龙门镗铣加工中心结构静动态特性分析

为了在设计阶段精准评估重切龙门镗铣加工中心结构的动静态特性,建立加工中心整机结构有限元仿真模型,分析其静、动态特性。通过模态测试验证动态仿真模型的准确性和有效性,根据分析结果提出加工中心的结构优化建议。结果表明：由于滑枕的静刚度不足,导致加工中心 Y 方向的静刚度较低,在1 500 N切削力作用下,最大变形可达0.008 137 mm;加工中心的前6阶实测固有频率分别是41.87、55.69、88.06、103.45、129.68、159.41 Hz,前6阶固有频率的平均仿真计算误差为6.5%,立柱和滑枕位置在外部激振力作用下易发生较大的动态变形响应。     

龙门式机械手的动静特性及结构优化

龙门式机械手结构设计多采用对己有的设计图纸修改的方法进行,导致设计出的结构的安全裕度过大,既浪费材料,又增加了整机的质量。运用ANSYS有限元分析软件,选取机架在最不稳定工况下研究了结构的静、动态特性,运用灵敏度方法对结构系统的设计变量进行计算,筛选出了对龙门式机械手的动静态性能影响较大的设计变量并对其进行尺寸优化。对比优化前后的具体参数,得出了机械手在优化后性能有了一定的提升。     

基于ANSYS Workbench的龙门式折弯机机架模态分析及工作台拓扑优化

为研究龙门式折弯机的静力学性能及其在满载工作时机架的抗振性能,运用ANSYS Workbench对一款龙门式折弯机机架进行有预应力的模态分析,得到静力学分析结果和前6阶固有频率及对应振型。利用拓扑优化,对折弯机工作台进行去除材料的形状优化,根据拓扑优化云图修整形状尺寸,然后在Solid Works中对工作台模型进行重建,将优化后的模型再次导入ANSYS Workbench中进行预应力模态分析,对优化前、后机架的静力学性能和动态特性进行比较和分析。最终,优化后的工作台质量减轻了11.7%,最大等效应力也有所减小,并且,龙门式折弯机的抗振性能不会受到影响,确定了拓扑优化的可行性。     

八轴五联动加工中心几何仿真环境构建方法研究

通过分析几何仿真环境的功能需求,设计了几何仿真环境的结构。以某公司生产的1台八轴五联动镗铣加工中心为原型,分析机床的几何约束关系和运动关系,构建机床模型、控制模型与测量分析模型,建立了具备现实机床系统全部功能、特征和行为的几何仿真加工环境。实际应用表明：构建的仿真环境能真实反映机床的静态特征和动态特征,在该仿真环境中进行仿真测量分析,能有效保证产品加工质量和机床安全性。所提的几何仿真环境构建方法为构建其他类型多轴加工几何仿真环境提供技术支持和参考。     

基于动力学的机床加工运动分析

数控定梁龙门机床的加工精度受多种因素影响,包括零部件的制造、装配误差、材料的刚度阻尼、振动、材料切削厚度等。从提高机床加工精度出发,根据拉格朗日动力学原理建立了机床的动力学模型;分析横梁、床身等部件的自由度关系,建立了机床运动学模型;采用ADAMS软件仿真机床的瞬态动力和运动关系,对比研究了不同的瞬态切削力变化对机床切削位移、速度的影响。结果表明:当机床切削厚度增大时,切削力、切削速度和切削加速度会随之增大,同时切削速度和加速度的变化滞后切削厚度和切削力的变化;在切削受力突变处切削速度有波动,移动加速度有突变,波动时间滞后切削力突变时间。仿真结果与实际机床加工情况吻合,为机床加工的运动分析提供参考。     

XK2425/5L五轴龙门铣床主体结构有限元分析

为提高五轴龙门铣床的整机结构性能指标,提出了机床关键零部件与整机并行优化设计的思想。运用CAE工程分析软件,建立了五轴龙门铣床关键零部件及整机的有限元模型,并对其主体结构进行了重力、切削力载荷下的静刚度分析以及关键零部件和整机的动态刚度仿真分析,找出了结构中的薄弱环节,并在此基础上对机床中关键零部件的结构参数提出了改进方案。分析结果表明,改进后的结构方案在整机自重降低632Kg的情况下,静刚度由50.2N/μm提高到68.4N/μm,一阶固有频率由30Hz提高到42Hz,整机性能指标得到显著提高。     

多轴机床快速有限元建模与随位动态特性预估

针对多轴机床随位动态特性难以高效求解的问题,提出一种快速有限元建模方法。该方法先根据结合部建模方案对机床进行子结构划分与前处理,再用弹簧-阻尼单元表征子结构间结合部的连接特性,最后通过局部坐标变换调节各子结构在机床中的位置与姿态,从而完成整机的参数化有限元建模。运用所提方法,建立了某型五轴动梁龙门立式车铣复合机床的参数化有限元模型。该模型仅需单次有限元前处理,即可快速预估机床工作全域内不同位姿下的结构动态特性。预估了该机床前5阶固有频率以及0~150 Hz频带内刀尖点频响函数在工作全域内的分布规律,为机床结构动力修改与加工参数优选提供了力学依据。