基于ICM法的龙门式加工中心焊接横梁结构设计与优化

目的分析异型石材锯铣复合加工中心的工况,提出一种焊接式横梁的结构设计与优化方法,以提高关键部件横梁的动、静态特性.方法将横梁焊接工作过程中的各肋板作为独立单元,建立数学模型,设置边界条件,应用连续体ICM拓扑优化方法,对横梁肋板结构优化和肋板的分布进行设计规划.结果应用ICM法改进设计的异型石材锯铣加工中心横梁,在保证加工精度要求的前提下,其整体质量可以降低24.18%,生产成本较低约6.91%.结论该ICM拓扑优化方法有效地降低了优化求解规模和约束数目,计算效率得到提高,打破了传统经验设计的单一化,为今后的制造业结构轻量化设计提供了一种新思路.     

定梁龙门立式加工中心立柱的特性分析及拓扑优化

立柱作为定梁龙门式立式加工中心主要支撑件,其静动态性能对整机加工精度有着很大的影响,因此传统设计会预留足够大的设计余量来保证立柱具有足够的强度和刚度.此次研究根据龙门立式加工中心立柱的作用及结构特点,建立龙门立式加工中心立柱的实体模型,对其进行静动态特性分析,以结构拓扑优化理论方法为基础,通过有限元分析软件Ansys ...     

液罐车后防护装置的结构优化设计

针对液罐车被追尾这一事故形态,对其现有的单横梁后部防护装置防护性能不足的问题,设计了一种新型的双横梁后部防护装置.通过有限元受力分析确定其各横梁结构的厚度尺寸,根据确定的尺寸进行整车静力加载试验,验证了其防护性能满足国家相关标准要求.设计的双横梁后防护装置,结构简单、防护范围和防护距离大、加工制造方便、成本低,可广泛应用于工程实际中,具有推广价值.     

玄武岩纤维树脂混凝土填充结构机床横梁优化及性能分析

为探索提高机床基础件静动态性能和轻量化新途径,选取桥式龙门加工中心的移动横梁为研究原型.在满足刚度要求和轻量化条件下,初步设计了玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)填充结构横梁.以填充结构横梁外壳厚度为设计变量,通过响应面法分析变量对所设计横梁的质量、最大静应力等的影响,将原型横梁的最大应力和最大应变作为约束条件,填充结构...     

龙门加工中心整机动静态分析及结构优化

以Solid Works三维建模软件与ANSYS Workbench有限元分析软件为平台,建立龙门加工中心整机动静态分析模型,由分析得到整机在只受重力、以及重力与切削力同时作用这两种工况下的位移量数据及其相对变化量,得出整机的结构刚性及固有频率值,并综合分析结果提出滑枕及横梁的结构优化方案,通过结构改进减小整机变形量,提高整机加工精度,为加工时的误差补偿提供了理论依据。     

龙门加工中心横梁材料特性参数确定的方法研究

横梁是龙门加工中心的重要支撑部件,其动态性能对整机的振动特性有着重要影响.以某公司G-V2330R2型龙门加工中心横梁为例,采用Impaq~(TM) Elite模态测试系统进行锤击法自由模态测试,使用ME、Scope软件对采集的数据进行分析处理,得到了横梁前六阶模态的振型和固有频率,根据模态置信准则对得到的模态结果进行验证.由于横梁的材料特性参数未知,无法建立准确的有限元模型,而利用试验和数值模拟相结合的手段,采用多目标自适应混沌粒子群优化算法,以横梁固有频率仿真值相对试验值的误差率最小为目标函数,最终获得了可靠的材料特性参数,为龙门加工中心整机的振动特性分析和结构动力特性的优化提供了依据.     

支持动态重构的制造系统逻辑控制器设计方法

支持动态重构的制造系统可通过组元升级、组态调整形成新的生产能力和功能,针对制造系统混流生产、快速重构的特点,其逻辑控制器也必须适应这一要求.提出了一种基于可重构Petri网的制造系统逻辑控制器设计方法.首先,根据制造系统的加工控制需求建立逻辑控制器形式化模型;其次,根据系统重构方式给出网重写规则;最后,逻辑控制器根据重写规则动态重构自身结构以适应新的生产需求.制造系统的变化通过重写规则可快速、自动重构成新的系统逻辑控制器并且其行为特性是可判定的.实际应用证明了该逻辑控制器设计方法的有效性和正确性.     

玄武岩纤维树脂混凝土填充结构龙门加工中心横梁优化设计

为探索提高机床加工精度、稳定性和可靠性的新途径,提出了玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt fiber reinforced concrete,BFPC)填充结构龙门加工中心机床横梁新构型.首先,以某龙门机床横梁为原型初步设计了BFPC填充结构横梁.其次,利用有限元法对原型横梁的静、动态性能进行分析.再次,根据此分析结果利用Workbench软件中多目标遗传算法(MOGA)对BFPC横梁进行优化.最后对优化后的BFPC填充结构横梁进行验证,结果表明:与原型横梁相比,优化后的BFPC填充结构横梁质量减轻9.14%;最大应力和最大变形分别降低6.54%和10.06%;前六阶固有频率均得到不同程度的提高,其中一阶固有频率提高8.6%;在X、Y、Z三个方向上的最大共振峰值分别降低75.56%、78.05%和75.38%.证明BFPC填充结构横梁在保证轻量化的前提下可显著提高横梁乃至整机静、动态性能的有效性.     

卧式精密数控加工中心结构动态特性分析与螺栓预紧力分析

随着高速数控机床向高精度、高表面加工质量和高生产率方向发展,仅有良好的静刚度已不能满足机床设计的需要,其动态特性已成为评估机床性能的重要指标。由于结构动态特性关系到机床的加工效率、加工精度、生产用材及制造成本等诸多方面,故对结构动态特性的分析已成为机床设计过程中不可或缺的环节。本文重点研究利用AN-SYS11.0有限元分析软件对某型号卧式加工中心进行数字化建模,并计算该机床整机的模态信息。同时,以立柱与床身间的联接螺栓为研究     

基于机电建模的加工中心轴间耦合问题

加工中心加工精度与其整机结构特性和各轴控制特性密切相关。考虑进给轴间的动态激励响应,研究加工中心整机在特定频率范围内的各向动柔度,对辅助机床设计具有重要意义。该文结合有限元建模和相关实验方法,分析了某双驱进给平台的结构动柔度,重点研究其机械系统的轴间耦合问题。提出了一种用传递函数组等效机械结构特性的整机机电联合仿真建模方法,并以此研究了某卧式加工中心机电系统的轴间耦合问题。研究结果表明:当加工中心存在某些模态振型同时影响刀具或工件在多方向的变形时,其机械系统和机电系统的轴间耦合在整机动柔度研究和控制环参数选择时必须予以考虑。     

龙门加工中心横梁部件静态特性分析

横梁部件是龙门加工中心的关键部件,横梁上悬挂着主轴系统,横梁部件的变形对整机的性能有直接的影响。在建立横梁部件实体模型和有限元模型的基础上,通过ANSYS Workbench进行横梁部件的静态分析,为横梁部件的结构改进提理论指导,从而提高龙门加工中心的静态特性。     

横梁接头形式优化及其在白车身性能提升上的应用

利用MSC/Nastran软件求解了某商用车白车身刚度及灵敏度,获得了关重模块如覆盖件、纵梁、横梁等对白车身弯扭刚度的贡献比,发现横梁模块对扭转刚度的贡献明显偏低,仅为0.79%.对比分析不同横梁接头形式对车身刚度性能的影响,并对接头形式进行了优化.结果表明:改变横梁接头形式对车身扭转刚度的影响明显大于弯曲刚度;采用分段式接头时白车身刚度性能最好;接头优化后横梁模块的扭转刚度贡献比得到了明显的提升,达到4.68%.以某相近车型为例,改进横梁及其接头形式,实现了刚度性能的提升与重量的降低,验证了接头优化对整车刚度性能提升的正确性及通用性,为横梁接头的结构优化设计和整车性能提升提供了较为可靠的理论依据.     

基于刚度组集的混联机床的静刚度分析与优化

为了深入研究基于冗余驱动并联机构的混联机床的静刚度,提出一种建立整机刚度模型的方法,这种方法考虑了滚动直线导轨副和轴承的变形.根据刚度组集原理建立整机刚度矩阵,得到整机静刚度分布情况,并讨论了滚动直线导轨对整机静刚度的影响,针对机床薄弱环节,进行结构优化.结果表明: 在一定工作空间内,整机x、 y、 z方向静刚度具有对称性, z向刚度最好, x向刚度最差.滚动直线导轨副对整机刚度影响较大.通过改进某些部件结构提高了整机x向刚度,为此类机床设计和优化提供了理论分析依据.     

龙门式玻璃钻孔机横梁静动态分析及结构改进

龙门式玻璃钻孔机横梁跨距大、机头组件重,在机头横向运动时横梁由于机头自重而容易产生较大变形,导致机头主轴与工作台不垂直,难以满足上下双向对钻的加工精度要求。为提高龙门式钻孔机横梁的刚度,文章运用有限元软件对其进行了静动态分析,并对横梁加强筋的形状、位置及结构进行改进,结果表明改进后横梁的变形量减少了24.4%,质量减少了9.7%,一阶模态频率提高了10%,这不但提高了横梁的刚度,保证机床的加工精度,而且减轻了横梁的重量,节约了成本。     

带横梁的分离式双箱斜拉宽桥的横梁受力分析

为了解横梁对宽桥受力状态的影响,以带横梁的分离式双箱主梁的某斜拉宽桥为背景工程,利用ANSYS建立该桥的全桥有限元模型和主梁局部的实体有限元模型,通过计算值比较,两者吻合良好,验证了全桥有限元模型的正确性。通过修改该模型的横梁的方式,分析了横梁设置数量和刚度变化等对全桥受力性能的影响。研究结果表明,设置无索横梁可有效地减小主梁的横桥向应力和有索横梁应力,但横梁刚度增大到一定程度后,其对结构的有利作用会减弱,背景工程的横梁设置合理可行。     

管幕和横梁作用下大断面开挖变形响应研究

基于管幕与横梁作用下大断面开挖相似模型试验,研究开挖引起的管幕变形和地表沉降变化规律.为充分研究参数变化对管幕变形和地表沉降的影响,运用有限元软件建立三维数值模型,以此模型为依据,分析管幕抗弯刚度和横梁抗弯刚度对管幕变形和地表沉降的影响,并根据模糊数学理论对最优刚度匹配进行研究.研究结果表明：管幕结构整体变形类似于“板”,且关于中间管幕对称,管幕跨中断面地表沉降呈“凹槽”型,符合Peck曲线分布;管幕变形和地表沉降均与横梁刚度和管幕刚度呈指数函数关系,且对横梁刚度变化更为敏感;管幕刚度与横梁刚度分别为0.5D和2K时,可以兼顾安全性与经济性.     

基于改进免疫遗传算法的加工工艺重构

针对产品生命周期内不同阶段市场需求量不同,通过添加或移除相应机床与装夹设备以满足其产能需求变化.针对某产品减产情况,基于抽调原则选择合适生产设备进行移除以适应产能需求;采用一种疫苗自动获取与动态更新的改进免疫遗传算法,通过对相应基因座上基因值的转移调整替代交叉变异算子,从而实现可转移操作在不同工位间的转移,并以瓶颈节拍时间最短和工位间不平衡度最小为目标函数,对原有加工工艺转移重构从而达到新构形下的工艺平衡与优化.最后通过实例分析与对比验证方法的有效性.     

五轴义齿加工中心整机模态分析与优化

文章为提高自主设计制造的五轴义齿加工中心的动态性能建立了可信的仿真模型,对该仿真模型和样机分别采用有限元模态分析、模态试验等方法进行研究。对义齿加工中心整机进行了有限元建模与仿真分析,获得了整机模态频率、振型等模态参数;采用多参考点最小二乘复频域法PolyMAX对义齿加工中心进行了整机结构模态试验,获得了相应的整机试验模态参数;通过对仿真数据和试验数据的对比分析,验证了分析模型的正确性;综合考虑模态分析结果和实际工作状况,初步识别出整机结构的薄弱环节,并提出相应的优化方案。实验结果表明,仿真模型与实验结果固有频率误差在11.5%以内,各阶模态之间的MAC值基本在10%以内,优化后关键模态固有频率由343Hz变为445Hz。结构优化使整机固有频率有效避开了设备加工频率,达到了改善其动态性能的目的。     

新型双工位数控点焊机设计及有限元模拟

针对单工位点焊机焊接效率的问题,设计了一种专用炮弹壳体和减旋片焊接工艺的新型双工位数控点焊机。该点焊机焊接点时间、焊接点尺寸较原来保持不变,结构上利用同步齿形带增加一个工位,确保焊枪同步进行,保证了加工精度,并提高了工作效率。利用ANSYS有限元分析软件对双工位点焊机整机进行了静力学分析和动态特性分析。模拟实验证明:整机结构满足设计要求,整机振动特性不会对机床的加工精度产生影响,验证了设计的可靠性。     

车架横梁成型模具凸模型面的精密加工

应用UG CAM进行自动编程,生成机床能识别的加工代码,通过在加工中心上对工件的一次定位、夹紧并自动加工,解决了车架横梁成型模具凸模型面加工精度难以保证的问题.