面向加工中心动态特性的立柱分析及优化设计

针对加工中心机床VMC850B的立柱进行结构优化设计,提出了一种基于神经网络和遗传算法优化的结构设计方法。基于有限元设计方法,建立立柱的三维模型,并运用ANSYS软件对立柱进行静力学分析和模态分析,采用不同的遗传算法优化结果对立柱进行优化设计,对优化结果进行静动态特性分析。结果表明,在保证立柱刚度和稳定性的前提下,优化后立柱的一阶固有频率有不同程度的提高,有效改善了立柱的动态性能,提高了整机的稳定性,为机床的进一步优化提供了有效的理论依据。     

三自由度并联机床动力学响应研究

为了优化机床结构,提高整机静动态性能,针对一种三自由度并联机床进行了动力学响应研究。应用三维建模软件,建立了该并联机床整机的几何模型,依托有限元分析软件ANSYS Workbench建立了整机有限元模型,对其进行了模态分析,得到了机械结构前20阶固有频率和振型,分析结果表明,机床低阶频率偏低。为了研究机床各阶频率对动态载荷的响应情况,在模态分析基础上对整机结构进行了谐响应分析,得到了动平台与万向铰链沿着空间各个方向的位移响应曲线,指出了机床第3阶和第8阶固有频率对机床的动态性能影响最大,支链和万向铰链是影响机床动态性能的关键结构件。为了了解并联机床抵抗冲击载荷能力,对整机进行了瞬态分析,得到了机床动平台位移、速度时间响应曲线,以及支链在冲击载荷下的平均应力变化情况。所有动态响应分析数据为机床结构优化提供了理论依据。     

基于有限元分析的机床结构优化设计

介绍了对某型号加工中心机床结构的有限元分析。详细分析了整机的前几阶模态。研究后发现由于立柱和支撑板设计的不合理,就会导致机床固有频率较低,振动增大,机床精度下降。针对加工中心机床部件的结构特点,对于立柱,筋板进行结构优选和设计参数优化,并对支撑板采用了拓扑优化和参数优化结合的方法。研究结果表明,通过有限元分析,加工中心机床结构参数得到了较好的优化,从而使整机性能得到了提高。     

三自由度并联机床动态有限元分析

对并联机床进行动态性能分析有着重要意义。应用工程分析软件,建立了一种三自由度并联机床整机的有限元模型,对整机进行了模态分析,提取了整机前十阶固有频率和振型。为了解各阶频率对机床动载荷的响应情况,在模态分析的基础上对整机进行了谐响应分析,得到了动平台、球铰、滑鞍等关键部位的频率位移响应曲线。分析结果表明,机床的第2阶和第4阶固有频率对机床动态性能影响最大。球铰结合部为机床结构中薄弱环节,由此提出了机床结构优化设计建议,将球形铰链更换为虎克铰链,从而提高了机床的动态性能。     

基于ANSYS的数控铣床立柱性能分析及结构优化

为改善机床的力学性能,提高整机加工精度,以XK714数控铣床立柱结构为研究对象,采用ANSYS Workbench建立其有限元模型进行优化分析。其静力学分析表明立柱结构整体可靠但设计过于保守,谐响应分析发现立柱前两阶固有频率偏低。运用局部灵敏度分析获取影响立柱性能的关键尺寸,并将其作为设计变量,以立柱的质量,前两阶固有频率和最大形变量作为指标进行结构优化。最终,立柱的一二阶固有频率分别提升15.487%和13.643%,最大形变降低2.32%,并且立柱减重达到10.31%。结果表明:该设计方法可以为机床零部件的设计提供借鉴。     

基于多目标的机床结构优化设计研究

在考虑地脚支撑对整机性能影响的前提下,提出了一种确定机床整机优化目标、并基于拓扑分析与多目标尺寸分析对机床整机性能进行优化的方法。通过有限元仿真的方法对整机进行动静态特性分析,以识别整机动静态特性中的薄弱环节与易轻量化环节。选取床身结构为优化对象,首先通过仿真分析了地脚数量与结构固有频率的关系,对地脚支撑数量及其布局进行了优化。进而以地脚支撑优化结果作为床身结构优化的边界条件,基于元结构的多目标优化方法,确定了床身的拓扑结构及关键尺寸参数。结果表明,在整机质量减轻174kg的情况下,优化后的砂轮最大响应幅值减少25%以上,最大响应幅值对应的频率提高10%以上,验证了文中提出方法的有效性。     

基于拓扑优化的TBT深孔钻床主轴箱轻量化设计

以TBT-ML500深孔钻床主轴箱为研究对象,采用有限元分析结合拓扑优化的方法,在ANSYS平台上对其进行了结构轻量化设计。首先,利用Pro/E软件建立主轴箱初始结构的力学模型并基于ANSYS进行静、动态特性分析;在此基础上,利用变密度法对其进行了拓扑优化,优化目标是在保证主轴箱动、静态性能不降低的前提下,减轻主轴箱的质量;根据优化后的结果结合经验设计方法,对原结构进行了重构设计并进行有限元分析验证。结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了7.11%,质量减小了11.1%,实现了轻量化设计,动态性能也有一定的提高,从而为深孔机床其他关键零部件的结构优化提供了参考。     

立式钻床立柱结构动静态分析与结构改进

以有限元理论为基础,建立立式钻床立柱结构的参数化模型,进行静态有限元分析,分析立柱结构承载及变形特点。在此基础上,采用选型法对立柱进行结构改进,并对改进后的模型做动态性能分析。结果表明:优化后,立柱静态性能提高,质量减少12.8%;立柱固有频率值与原固有频率值相近,满足结构动态性能的要求。     

高速数控车削中心动态特性分析及结构优化

以某高速数控车削中心为研究对象,建立了基于结合面的整机有限元模型,并对其进行了动态特性分析,得到系统的各阶固有频率与振型图,找出了影响整机动态特性的薄弱环节。通过改进调整垫的结构,提高了机床的第一阶固有频率,改善了机床整机的动态性能。     

基于灵敏度分析的机床立柱结构动态优化设计

以固有频率的提高作为衡量结构动态性能的指标,采用灵敏度分析方法对立柱筋板布局和厚度参数进行了优化设计。利用得到的立柱优化方案建立新的整机模型,并进行重新分析以验证立柱的动态优化设计对整机性能的提高。     

卧式加工中心立柱的轻量化设计研究

针对传统机床立柱设计中存在材料浪费、刚度不足与设计周期长等缺陷,以某卧式加工中心立柱为研究对象,运用有限元法对立柱进行静力学和模态分析,研究立柱的薄弱环节;然后利用Hyper Mesh软件,在保证立柱性能的前提下,以质量最小化为目标对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布结果设计了新的立柱结构,通过对新立柱进行有限元分析,结果表明,立柱的质量减轻了7.88%,刚度和固有频率均有不同程度的提高,达到了立柱轻量化设计的目标。     

考虑结合面影响的立柱-滑座动态性能分析

立柱作为机床的重要组件，直接影响机床的加工精度。由于立柱与滑座间的结合面对结构的动态性能有重要影响，该研究以静力分析所得接触面节点压力为桥梁结合分形理论模型与APDL有限元分析软件对立柱-滑座系统进行模态分析，获得系统考虑结合面时的系统固有频率及相应振型，以完成立柱-滑座系统动态性能分析，从而为结构的设计优化提供理论基础。     

基于ANSYS的HTM40100动静态特性分析

机床的动静态特性是影响机床性能的重要因素,以HTM40100卧式车铣复合加工中心整机为研究对象,采用有限元分析技术对整机及其床身、立柱、导轨、丝杠、尾台等主要部件进行了静力学分析和模态分析,对比分析了机床三个方向的静刚度,并得到系统前四阶模态的固有频率和阵型,发现立柱是影响整机动静态性能的薄弱环节,为设计人员改进其截面形状和筋型,提高机床的动静态特性提供了理论依据.     

3-UPS并联机床动态特性仿真研究

以3-UPS并联机床为研究对象，应用虚拟样机技术建立了机构参数化仿真模型，给出了并联机床虚拟样机联合仿真设计方案。通过对样机模型动力学分析，确定了影响整机动态性能的关键部件，采用通用有限元软件ANSYS完成这些部件的弹性体建模。通过动态仿真分析给出了弹性并联机构的动态响应、固有频率等动态特性参数，为并联机床整机的优化设计奠定了基础。     

微型移动龙门式铣床结构优化设计

针对某微型移动龙门式数控铣床的结构薄弱处,提出一种基于拓扑优化以及正交试验设计方法的整机优化设计方法。首先,建立其本体有限元模型,在具体工况下对其进行了静力学分析,得到了位移、应力云图;通过模态分析,得到其前十阶模态固有频率和主振型。根据有限元分析结果,基于拓扑优化原理,以最小应变能为目标函数,立柱质量为约束条件,对微型铣床立柱进行了优化设计;采用正交试验的方法,以工作台自重下最大位移为优化目标,T形槽大小、槽间距、工作台厚度和工作台支撑面积为设计变量,对工作台进行了优化设计。最后对优化后整机结构进行了有限元仿真,结果表明优化后整机静动态性能有了明显提高。     

机床主轴系统的振动特性分析

以某普通车床主轴系统为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS建立主轴系统的有限元模型,并进行动态性能分析,得出特定工况及不同结构参数下主轴系统的前8阶固有频率、振型及最大综合变形;分析了支承刚度、支承跨距等结构参数对主轴系统低阶固有振动特性的影响以及对其抗振性能的影响.为机床主轴系统及同类零部件的动态设计及残余应力振动时效工艺提供了有益的分析数据和可行的分析方法.     

基于ANSYS Workbench的主轴箱有限元分析及优化设计

以高速立式加工中心主轴箱为研究对象,针对其结构特点,利用ANSYS Workbench平台建立了有限元模型。分析主轴箱的实际工作情况,得到其刚度最差的工况位置,对此位置进行了铣削工况下的静力分析。对主轴箱进行模态分析,提取了前四阶固有频率及振型图。根据静动态特性分析结果对主轴箱进行了多目标多尺寸的优化设计。对优化后的主轴箱进行了静动态特性有限元分析,结果表明优化后的主轴箱静动态特性有显著提高。     

基于元结构的加工中心立柱动态优化设计

以加工中心立柱为研究对象,根据快速设计及框架结构优选的设计思想,利用结构动态设计原理及有限元分析技术对立柱进行动态设计分析与结构优化.首先根据立柱结构的分析提取典型的元结构单元,然后对元结构进行拓扑优化设计,提出若干改进方案,并对改进方案进行模态对比分析.最后以立柱固有频率为优化目标,以优选的元结构为依据,对立柱进行重构设计,提高了立柱的动态特性.在机床的初步设计中,为其部件的优化设计提供了一定的参考价值,缩短了设计周期,提高了设计效率.     

基于遗传算法精密机床立柱的多目标优化

立柱是机床的核心部件之一,其动态特性是决定超精密机床加工精度的重要因素之一。以精密光纤微V沟磨床的立柱结构作为研究对象,通过仿真实验的方法给立柱的刀具磨削点上施加谐响应力,获得立柱在0～175 Hz下的动态响应参数。综合利用中心复合实验设计、响应曲面法、多目标遗传算法对立柱结构的最大谐响应振幅、立柱的质量及一阶固有频率为目标变量进行多目标优化,获得立柱设计变量的Pareto解。结果表明：经过多目标优化设计后,立柱质量没有增加的前提下,立柱的最大响应振幅大大降低,从而提高立柱的动态刚度和机床的加工精度。     

XH6650高速加工中心立柱拓扑优化

立柱作为XH6650高速加工中心的主要零件,其结构设计影响着机床的动态特性.依据连续体拓扑优化理论,本文提出了以体积为约束条件,机床的前三阶固有频率为目标函数,考虑非设计区域的拓扑优化方法.运用该方法对立柱结构进行优化,仿真结果表明加工中心的动态特性有较大提高.