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高速立式加工中心床身静动态特性分析及优化设计

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高速立式加工中心床身静动态特性分析及优化设计

作者：陈超群陕西科技大学

学位级别：硕士

制造业是国家工业发展的基础，一个国家的制造业技术也是这个国家综合国力的体现。高速立式加工中心作为制造业领域的制造母机，其静动态性能直接影响到加工中心的加工精度。床身作为高速立式加工中心的基础承载部件，在加工中心中起支... 详细信息

制造业是国家工业发展的基础，一个国家的制造业技术也是这个国家综合国力的体现。高速立式加工中心作为制造业领域的制造母机，其静动态性能直接影响到加工中心的加工精度。床身作为高速立式加工中心的基础承载部件，在加工中心中起支撑作用，因此对床身的静动态性能的研究就显得尤为重要。本文采用基于有限元方法与数学优化理论相结合的虚拟优化技术，对床身结构进行分析和优化，并对床身结构进行改进使其性能更加优越。本文主要内容如下所述。（1）根据目前市场上现有的床身结构，并结合以往的设计经验，提出4种不同布筋形式的床身结构方案，在三维软件SolidWorks中建立实体模型。结合有限元理论，在Ansys WorkBench中对4种不同布筋形式的床身结构建立有限元模型。（2）对4种不同布筋形式的床身结构进行静动态特性分析，分别提取X、Y、Z三个方向的最大变形量和前六阶固有频率及振型。经过分析和比较得出复合筋床身结构具有较优的静动态特性。（3）通过分析5种不同筋厚度的复合筋床身结构，得出当筋厚度为20mm时，其各方面性能较好。为进一步提高床身结构性能，以提高复合筋床身的固有频率为目标函数，以体积为约束条件，对其做拓扑优化设计。依据拓扑优化结果，提出了增加两个出砂孔和增大床身底部筋格面积的两个改进方法;对改进后的床身结构进行静动态分析，得到改进后的床身结构在静动态性能上都有一定的提升，同时使床身的质量相比之前减轻了32.7kg。对改进的床身进行谐响应分析，绘制了频率-振幅曲线图，在该曲线图谱中显示的谐响应分析结果与模态振型相吻合。将振动研点法应用于高速立式加工中心导轨强度的提升方面，在理论上对这种方法进行了分析。（4）在三种不同极限工况下，对改进前后的复合筋床身结构进行静力分析，通过对分析结果进行比较可知改进后的床身结构在X、Y、 Z三个方向的变形量都减小，说明改进后的床身结构的静态性能得到提高。

关键词：高速立式加工中心床身静动态特性拓扑优化设计谐响应分析振动研点法

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高速立式加工中心进给机构静动态特性分析

高速立式加工中心进给机构静动态特性分析

作者：桂翔安徽工业大学

学位级别：硕士

随着现代制造技术的不断进步,数控机床正向着高速度、高精度、高效率和高自动化的方向发展,这对数控机床的性能要求越来越高。影响机床性能的因素较多,静动态特性是其中较为关键的因素之一,因此对数控机床的静动态特性的研究具有重要的... 详细信息

随着现代制造技术的不断进步,数控机床正向着高速度、高精度、高效率和高自动化的方向发展,这对数控机床的性能要求越来越高。影响机床性能的因素较多,静动态特性是其中较为关键的因素之一,因此对数控机床的静动态特性的研究具有重要的理论与现实意义。本课题以某型号的高速立式加工中心为研究对象,通过理论与有限元分析相结合的方法,对其纵向进给机构各部分及整体的静动态性能展开了以下研究工作。(1)根据给定的技术参数,对纵向进给机构中的滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、进给机构底座等主要部件,进行选型与结构设计,运用Solid Works进行三维建模;考虑滚珠丝杠副轴向变形、滚珠与丝杠螺母滚道接触变形以及支撑轴承轴向变形的影响,利用赫兹接触理论针对此三种情况的轴向变形进行了理论公式的推导,并通过有限元分析进行验证,得出提高滚珠丝杠副轴向刚度的方法;然后,分别对滚珠丝杠副两端固定和一端固定一端支撑的两种支撑方式下,螺母运动到最左侧、中间及最右侧的六种工况进行模态分析和谐响应分析,验证了滚珠丝杠副选型的合理性,得到实际工况下应避免施加动载荷的频率,为今后设计提供理论依据;(2)考虑滚动直线导轨副中滚珠的影响,建立了滚动直线导轨副有限元模型,并对其进行静力学和模态分析,验证了滚动直线导轨副选型的合理性;(3)根据进给机构底座的结构特征和设计经验,设计出五种不同内部筋板布置的进给机构底座,结合一定的工况特征对其进行相应的静力学分析和模态分析,确定最终的设计方案;(4)考虑螺栓结合面、支撑轴承结合面、滚珠丝杠等结合面的影响,对纵向进给机构整体模型进行相应的简化,并进行了在实际工况下的静力学分析与模态分析,得出X、Y、Z方向的刚度和结合面中的薄弱环节,为改善其动态特性指明了方向。

关键词：高速立式加工中心进给机构静力学分析模态分析谐响应分析

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高速立式加工中心关键部件结构优化

高速立式加工中心关键部件结构优化

作者：韩滔大连理工大学

学位级别：硕士

高速立式加工中心是高档数控机床设备中加工效率最高、加工批量化程度最大,在有色金属和难加工材料零件的生产中应用最广泛的高档数控机床之一。随着高速加工中心加工精度和加工效率的提高,关键部件的动静特性成为制约高水平加工中心的... 详细信息

高速立式加工中心是高档数控机床设备中加工效率最高、加工批量化程度最大,在有色金属和难加工材料零件的生产中应用最广泛的高档数控机床之一。随着高速加工中心加工精度和加工效率的提高,关键部件的动静特性成为制约高水平加工中心的重要指标,关键部件的结构优化成为提高其动静特性的重要途径。本文的主要目标是针对高速立式加工中心的结构特点,对关键部件进行必要的结构优化以提升整机性能。本文首先对国内外在结构优化方面的最新进展进行了介绍,并对结构优化技术应用到机床行业情况进行了总结。根据加工中心设计的具体情况,着重阐述了利用结构优化技术提升高速立式加工中心关键部件性能的必要性。随后对优化驱动技术和有限元优化分析的基本思路进行了简要阐述,并简要介绍了有限元分析软件ANSYS Workbench和Hyperworks,对结构拓扑优化的过程进行了介绍。根据有限元分析基本理论并结合高速立式加工中心的具体特点,提出了适用于高速立式加工中心的有限元分析方法,包括基于装配体的分析方法和复杂边界条件的设置等,通过合理设置边界条件达到充分模拟现场工况的要求。然后对高速立式加工中心的关键部件进行了详细的有限元分析,得到关键部件的位移云图、应力云图和模态云图,为后续的优化分析提供了依据。依据尺寸优化的特点和具体优化过程,首先利用基于灵敏度分析的尺寸选择技术对关键尺寸进行了筛选,找到对关键部件动静特性影响较大的参数;然后对关键部件进行了以减轻自身质量为目标的基于目标驱动技术的多目标尺寸优化设计。利用优化后尺寸对模型进行重建,通过对关键部件优化前后的有限元分析结果进行对比,查看优化效果并指导关键部件的改进设计。最后为了能够进一步完善关键部件的结构,利用Hyperworks中的Optistruct模块对关键部件进行拓扑优化。本文针对高速立式加工中心各个关键部件的具体特点,对满足板壳结构的模型进行了板壳模型重建工作,然后分别利用实体模型和板壳模型对关键部件进行了基于变密度法的拓扑优化分析,得到了较为理想的拓扑结构,并指导了关键部件的改进设计等工作。

关键词：高速立式加工中心结构优化有限元分析尺寸优化拓扑优化

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高速立式加工中心的故障分析

新技术新工艺 2017年第8期 61-63页

作者：王美妍陕西工业职业技术学院机械工程学院陕西咸阳712000

随着我国国民经济的迅猛发展,高速立式加工中心的应用也越来越广泛;然而我国与国外高速立式加工中心可靠性差异相对较大。针对这一问题,在对故障模式进行分析的基础上,通过对实践中故障现象数据进行分析,得到故障部位的频率表,以及故障... 详细信息

随着我国国民经济的迅猛发展,高速立式加工中心的应用也越来越广泛;然而我国与国外高速立式加工中心可靠性差异相对较大。针对这一问题,在对故障模式进行分析的基础上,通过对实践中故障现象数据进行分析,得到故障部位的频率表,以及故障部位的频率图,提出了减少故障的方法,从而进一步提高了高速立式加工中心的可靠性。

关键词：高速立式加工中心可靠性故障模式故障分析

高速立式加工中心滚珠丝杠螺母副动态特性分析

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机械设计与制造工程 2015年第4期44卷 31-34页

作者：桂翔汪永明安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243032

为了研究高速立式加工中心的动态特性,对其进给系统进行模态分析和谐响应分析十分必要。根据高速立式加工中心的设计要求,基于Solid Works软件建立滚珠丝杠螺母副的三维模型并进行相应的简化处理,采用Hypermesh软件进行网格划分,并导入A... 详细信息

为了研究高速立式加工中心的动态特性,对其进给系统进行模态分析和谐响应分析十分必要。根据高速立式加工中心的设计要求,基于Solid Works软件建立滚珠丝杠螺母副的三维模型并进行相应的简化处理,采用Hypermesh软件进行网格划分,并导入ANSYS软件中建立相应的有限元分析模型。针对滚珠丝杠螺母副的不同支撑方式和螺母所处丝杠位置,对其固有振动特性进行了模态分析,结果表明,两端固定支撑方式比其他支撑方式有更大的刚度。对滚珠丝杠进行了正弦载荷激励下的谐响应分析,找出了丝杠谐响应振幅最大时的频率,指出在实际工作状况中应尽量避免此频率下的动载荷。

关键词：高速立式加工中心滚珠丝杠螺母副有限元模型模态分析谐响应分析

基于传递矩阵法的高速立式加工中心电主轴动力学建模

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煤矿机械 2011年第11期32卷 63-64页

作者：文怀兴苏江飞陕西科技大学机电工程学院西安710021

针对高速立式加工中心电主轴的结构特点,利用集中参数模型和传递矩阵法对其电主轴系统进行动力学建模。计算结果表明,该方法能有效求解电主轴系统的固有频率,且方法简单,易于编程。

关键词：高速立式加工中心电主轴传递矩阵法固有频率

西门子840D和S7-300PLC在高速立式加工中心机床中的应用

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现代经济信息 2009年第12期 315-315页

作者：乐广军西班牙MS TECHNO SL有限公司深圳代表处

本文介绍了西门子840D数控系统和S7-300PLC在企业自主研发的高速立式加工中心机床中的应用,包括电气系统的硬件配置、与数控系统关联的PLC程序设计思路。

关键词： 840D CNC S7-300 PLC 高速立式加工中心

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国内首台直线电机高速立式加工中心问世

机电信息 2003年第13期 44-44页

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立式加工中心主轴箱设计及特性研究

机械传动 2015年第2期39卷 63-66,76页

作者：高东强杨磊孙倩张希峰陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021

主轴箱是高速立式加工中心关键部件,其静刚度、动态特性对加工中心的加工精度与平稳性具有重要影响。以DVG850高速立式加工中心主轴箱为研究对象,建立了主轴箱四种不同结构的几何模型设计方案,利用有限元仿真软件对主轴箱静力学、模态... 详细信息

主轴箱是高速立式加工中心关键部件,其静刚度、动态特性对加工中心的加工精度与平稳性具有重要影响。以DVG850高速立式加工中心主轴箱为研究对象,建立了主轴箱四种不同结构的几何模型设计方案,利用有限元仿真软件对主轴箱静力学、模态及谐响应进行了仿真计算,得到了主轴箱静刚度、固有频率、振型及激励频率下的共振区域。通过对有限元仿真云图与数据进行比较分析,可知方案二为最佳筋板结构布局设计,表明该研究方法可对提高主轴箱结构固有频率,增加结构刚度,避免发生共振提供依据,为其他机床主轴箱结构设计与优化改进提供理论依据,缩短了设计周期。

关键词：高速立式加工中心主轴箱静刚度模态分析谐响应