精密卧式加工中心结构件质量分布与优化研究

精密加工中心结构件的合理质量分布,对于整机动态特性有着显著的影响。为在总体设计阶段主动设计机床结构件质量,文中基于i SIGHT软件搭建了多学科联合仿真平台,综合集成creo的三维参数化建模、ANSYS中APDL(Parametric Design Language)的有限元参数化建模;利用试验设计(Design of Experiment,DOE)、响应面模型法和多目标遗传算法的优化分析过程;以整机动态特性最高为目标得到的最优解集为依据,分析总结出结构件最佳质量比。以某框中框结构机床为例,基于上述研究的结论调整结构件质量;结果表明:调整整机结构件质量分布后,整机1～5阶固有频率分别提高12.6%,4.8%,6.1%,0.9%,2.4%。     

固定结合面不同位置刚度参数对机床动态特性的影响

框中框式结构机床中以固定结合面联接的床身、立柱为研究对象,通过拉格朗日方程的方法建立床身、立柱的动力学理论模型,不同位置采用不同的结合面刚度参数来研究结合面法向刚度和切向刚度对系统各阶模态频率的影响;然后基于多学科优化设计软件iSIGHT,搭建整机动态特性分析优化系统框架来验证计算结果的正确性。结果表明,结合面切向刚度相比较于法向刚度对系统模态频率的影响较小;刚度参数增加,系统各阶模态频率趋于稳定;不同位置结合面刚度值大小影响不同阶次的模态频率值。     

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。