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基于拓扑优化的机床床鞍创新构型设计

固体力学学报 2011年第S1期32卷 335-342页

作者：张永存崔雷周玲丰杨迪雄刘书田大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室/工程力学系大连116024

静力特性与动力特性是进行机床关键部件设计必须要考虑的重要方面.基于结构拓扑优化技术,本文建立了两种机床关键部件创新构型(结构形式)设计的数学模型,针对DLH20数控机床床鞍进行了创新设计,获得了新的设计方案.与原有设计方案相比,... 详细信息

静力特性与动力特性是进行机床关键部件设计必须要考虑的重要方面.基于结构拓扑优化技术,本文建立了两种机床关键部件创新构型(结构形式)设计的数学模型,针对DLH20数控机床床鞍进行了创新设计,获得了新的设计方案.与原有设计方案相比,在质量减少3.34%的情况下,结构的静刚度得到了大幅改善,最大位移降低幅度超过了22%;结构的固有频率也得到不同程度的提高,最高增幅可达24.59%(第三阶固有频率).

关键词：数控机床结构设计拓扑优化床鞍

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水轮机叶片加工机床床鞍的动静态有限元分析

现代制造工程 2018年第6期 49-53页

作者：李伟刘世豪郭志忠海南大学机电工程学院海口570228

为了提高水轮机叶片的加工质量,对水轮机叶片加工机床床鞍的动静态性能进行有限元分析。对水轮机叶片加工机床床鞍进行三维建模、网格划分,依据水轮机叶片加工机床床鞍在实际工作情况下受到的载荷及约束,建立床鞍的仿真模型,研究床鞍的... 详细信息

为了提高水轮机叶片的加工质量,对水轮机叶片加工机床床鞍的动静态性能进行有限元分析。对水轮机叶片加工机床床鞍进行三维建模、网格划分,依据水轮机叶片加工机床床鞍在实际工作情况下受到的载荷及约束,建立床鞍的仿真模型,研究床鞍的静刚度和模态性能,并通过实验证实了模态分析结果的准确性。通过对水轮机叶片加工机床床鞍进行动静态有限元分析,为床鞍结构优化设计提供了有益的参考。

关键词：水轮机叶片机床床鞍有限元分析模态分析

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拓扑优化的数控车削中心床鞍轻量化设计

机械设计与研究 2011年第3期27卷 103-107页

作者：马雅丽赵二鑫赵宏安孙守林大连理工大学机械工程学院大连116024 大连机床(数控)股份有限公司数控机床研究所大连116620

对数控车削中心床鞍的结构轻量化设计方法进行了研究。基于机床在切削作用下的典型工况,分析其载荷和边界条件;建立体积约束下的床鞍结构多工况静态性能和动态性能多目标拓扑优化数学模型,根据拓扑优化结果构建床鞍的优化概念模型;利用... 详细信息

对数控车削中心床鞍的结构轻量化设计方法进行了研究。基于机床在切削作用下的典型工况,分析其载荷和边界条件;建立体积约束下的床鞍结构多工况静态性能和动态性能多目标拓扑优化数学模型,根据拓扑优化结果构建床鞍的优化概念模型;利用结构优化设计的思想对概念模型进行结构刚度设计,最终为企业提供了新的床鞍结构方案;在保证床鞍刚度和动态性能的前提下,床鞍的质量减少了14.33%,表明该设计方法能够有效实现结构轻量化设计。

关键词：床鞍轻量化拓扑优化概念设计结构优化

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高速铣削床鞍温度场建模与热变形分析

机械设计与制造 2011年第7期 211-212页

作者：李杰刘德平苏宇锋汪玉平郑州大学机电一体化研究所郑州450001 安阳鑫盛机床股份有限公司安阳455000

以安阳鑫盛机床厂生产的高速CX系列立式车铣复合加工中心CX8075的移动部件床鞍为研究对象,简化了加工中心的整机模型,研究了床鞍部件的主要发热点和热力学参数,分析了床鞍的发热量,合理地选择了滚珠丝杠的滑动摩擦系数,确定了热边界条件... 详细信息

以安阳鑫盛机床厂生产的高速CX系列立式车铣复合加工中心CX8075的移动部件床鞍为研究对象,简化了加工中心的整机模型,研究了床鞍部件的主要发热点和热力学参数,分析了床鞍的发热量,合理地选择了滚珠丝杠的滑动摩擦系数,确定了热边界条件,建立了床鞍的三维数字化模型。利用有限元法对床鞍进行加载,研究了稳态温度场的分布[1],完成了床鞍热变形的分析与计算,从而正确认识了床鞍部件的热变形,实现了高速高精密机床的优化设计和热变形分析。

关键词：热变形床鞍摩擦

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高速精密数控车床床鞍多目标优化

高速精密数控车床床鞍多目标优化

作者：刘康华河南科技大学

学位级别：硕士

床鞍是数控车床进给系统的关键零件,在加工过程中，既要传导来自于丝杠螺母结合面的动态驱动力，又要承受来自于刀架的动态载荷和导轨处摩擦力。床鞍的静、动态性能决定了数控车床的加工精度和加工效率。床鞍的结构参数对其静、动态性... 详细信息

床鞍是数控车床进给系统的关键零件,在加工过程中，既要传导来自于丝杠螺母结合面的动态驱动力，又要承受来自于刀架的动态载荷和导轨处摩擦力。床鞍的静、动态性能决定了数控车床的加工精度和加工效率。床鞍的结构参数对其静、动态性能有直接影响。结合国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项项目(2012ZX04005-021)，以高速精密数控车削加工中心ADGM35的床鞍为研究对象，用有限元法对该机床的床鞍进行模态分析、静力分析和灵敏度分析，探究几何参数、约束位置参数对床鞍模态频率及静力变形的影响规律;根据灵敏度分析结果，确定了对床鞍一阶模态频率、二阶模态频率和静力变形影响较大的五个床鞍结构参数(导轨跨距参数N、滑块间距参数H、尾架长度参数S、上板厚度参数D、筋板厚度参数T)作为床鞍优化设计的优化变量，以床鞍的质量m、一阶模态频率f1、二阶模态频率f2和最大变形量δ作为优化目标建立了床鞍结构优化的数学模型，通过对比蚁群算法、粒子群算法和遗传算法三者之间的特点与适用范围，选出了粒子群算法对床鞍结构进行多目标优化，并用模糊综合评判法对多目标优化所得的四个优化方案进行模糊综合评价，对比各方案的综合评判指标确定了最优的床鞍结构优化方案。与原床鞍设计方案相比，优化后的结果表明：在导轨跨距参数N为450mm、滑块间距参数H为420mm、尾架长度参数S为240mm、上板厚度参数D为50mm和筋板厚度参数T为30mm时，床鞍的一阶模态频率提高了34.2%，二阶模态频率提高了6%，床鞍的静力变形减小了19.8%，床鞍质量减轻了1.4%。设计了试验装置对仿真分析和优化结果进行实验验证，结果表明试件仿真分析所得结果与试验测量所得结果基本吻合，一阶固有频率对实验装置的导轨跨距参数N、滑块间距参数H、尾架长度参数S的灵敏度仿真分析结果与试验结果误差分别为7.0%、8.1%和7.1%，二阶固有频率对实验装置的导轨跨距参数N、滑块间距参数H、尾架长度参数S的灵敏度仿真分析结果与试验结果误差分别为4.2%、3.6%和7.8%，对比结果验证了仿真分析结果的正确性。采用优化参数设计的床鞍零件已用于样机的实际装配。

关键词：数控车床床鞍灵敏度分析多目标优化模态分析试验装置

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高速车铣复合加工中心床鞍的热态特性分析

组合机床与自动化加工技术 2011年第4期 31-32,36页

作者：苏宇锋袁文信刘德平汪玉平郑州大学机电一体化研究所郑州450001 安阳鑫盛机床股份有限公司河南安阳455000

讨论了对CX8075车铣复合加工中心的床鞍建模,计算出与床鞍实际工作条件相适应的热边界条件,用ANSYS有限元分析软件对其热态特性进行分析,得到床鞍的温度分布和热变形情况,为数控机床的热误差补偿提供了依据。

关键词：床鞍有限元分析热态特性

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车床床鞍下沉量测量新工艺

机械工程师 1994年第5期 14-15页

作者：唐荣娣铁道部大同机车工厂设备处

车床床鞍下沉量测量新工艺铁道部大同机车工厂设备处唐荣娣车床床鞍的下沉是我们经常遇到的问题．通常采用床鞍导轨面镶板的办法来补偿、这就需要准确地测量出床身和床鞍的下沉量。由于过去的测量工艺主要靠经验、而且还要将床鞍和溜板... 详细信息

车床床鞍下沉量测量新工艺铁道部大同机车工厂设备处唐荣娣车床床鞍的下沉是我们经常遇到的问题．通常采用床鞍导轨面镶板的办法来补偿、这就需要准确地测量出床身和床鞍的下沉量。由于过去的测量工艺主要靠经验、而且还要将床鞍和溜板箱等反复拆装多次、劳动强度大、精度...

关键词：车床床鞍下沉量测量工艺

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车床床鞍下沉量测量新工艺

机车车辆工艺 1994年第4期 25-26,29页

作者：唐荣娣大同机车厂

以Ｃ６２０车床为例，介绍了用样板测量车床床鞍下沉量的方法。

关键词：车床导轨磨损测量下沉床鞍

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弹性约束优化方法研究及床鞍单元化结构设计

弹性约束优化方法研究及床鞍单元化结构设计

作者：孙谦大连理工大学

学位级别：硕士

以机床性能为目标的机床结构的优化及轻量化设计是提高数控机床加工性能及加工效率的重要方法之一。以有限元为基础的结构分析及结构优化方法逐渐被应用到机床设计过程中,为机床结构设计提供了理论依据。将结构优化理论与机床生产工艺结... 详细信息

以机床性能为目标的机床结构的优化及轻量化设计是提高数控机床加工性能及加工效率的重要方法之一。以有限元为基础的结构分析及结构优化方法逐渐被应用到机床设计过程中,为机床结构设计提供了理论依据。将结构优化理论与机床生产工艺结合,为机床结构设计效率的提高起到重要的作用。本课题来源于国家科技支撑计划“机床轻量化设计的‘概念-单元’技术与应用”(NO.2011BAF11B03)和国家科技重大专项“面向动静热特性的机床数字化设计及其软件”(NO.2009ZX04014-034)。本文结合课题内容研究了机床典型结合面的形式,基于结合面的特性参数采用弹性约束的方法对车削中心床鞍进行结构优化,并采用结构单元组合的方式对床鞍进行结构设计。具体研究内容如下： (1)以结构优化的理论为基础,结合机床生产工艺,总结并形成了机床支承件结构设计流程,按照初始条件分析、物理模型构造、概念模型设计、详细结构设计四个主要的步骤进行支承件结构设计;阐述了建立有限元模型时对计算精度产生影响的单元参数,并根据机床分析中实际条件提出参数选取的方法。 (2)对车削中心的工况进行了分析。通过研究车削中心典型的结合面形式,提出载荷等效分配方法及包含结合面参数的约束等效形式。求解出床鞍承受的载荷,为床鞍结构优化提供了载荷及约束边界条件。 (3)应用Hyperwoks软件平台采用变密度拓扑优化方法对床鞍进行结构优化;在相同的体积约束下分别采用弹性约束的优化模型及刚性约束的优化模型以相同的优化目标对床鞍进行结构拓扑优化。包含结合面参数的弹性约束优化结果与刚性约束的优化结果相比较得到的材料分布形式更加清晰,表明在优化中结合面对于结构优化形成清晰的材料分布形式有很重要的影响。 (4)通过对机床常用的承载结构形式的研究,将承载结构单元化,并对床鞍承载结构进行单元化设计,通过静动态性能的分析比较选取床鞍支撑结构的设计方案。该方案与原结构相比较,在保持性能不变的基础上,重量减小了13.2%,表明材料趋于合理分布的形式,同时设计的结构与弹性约束下拓扑优化的结果一致,进一步说明优化结果的合理性。通过本文基础的研究工作,初步形成机床支承件模块化结构设计的思想。

关键词：床鞍弹性约束拓扑优化单元化设计