基于正交试验、组合赋权-灰色关联的机床横梁优化设计

机床横梁是机床的重要部件,横梁的刚性对机床的加工精度影响很大,为此,需要对横梁结构进行优化设计以获得良好的静、动态特性。设计了6种横梁筋板结构,初步筛选出4种筋板结构的横梁,并以横梁筋板结构、筋板厚度、上导轨支撑筋板倾斜角度为试验因素,以横梁质量、最大耦合变形、最大耦合应力、一阶固有频率为评价指标设计了三因素四水平的正交试验;采用灰色关联法和组合赋权法处理有限元分析数据,获得优化设计的最优参数组合。结果表明,横梁"井"型筋板结构,筋板厚度25 mm,上导轨支撑筋板倾斜45°设计为最优方案,与原设计方案相比质量减轻了466 kg,横梁总形变减少了7.36%,一阶固有频率提高了2.91%。拓展了正交试验、组合赋权-灰色关联法的应用范围,为其它机床零部件的设计提供了有益的方法参考。

机床横梁设计中结构优化技术的应用

优化设计能较好地把现代设计理论和经过长期实践验证的设计内容结合起来,在保证产品达到设计指标并满足一定约束条件的前提下,通过改变某些允许改变的设计变量,使产品的性能指标达到人们的期望值。综合应用拓扑优化和尺寸优化技术对于全新结构的设计是非常关键的,有利于发挥设计员的创新能力,提高产品的市场竞争力,甚至能复演产品的设计过程。重点介绍了机床横梁设计中结构优化技术的应用。

采用灰色关联—层次分析法的机床横梁优化设计

机床横梁是机床零部件主要支撑部件,对机床的加工精度影响很大,因此,需要对横梁自身的结构进行优化,以提高机床加工精度。文中首先对原横梁进行仿真分析,并依次分别对横梁薄弱位置的结构、筋板结构、筋板厚度进行了设计与分析,采用灰色关联—层次分析法对不同筋板厚度的横梁进行分析与数据处理,最终获得最优方案。结果表明,横梁"井"型筋板结构设计,上导轨支撑筋板倾斜55°,筋板厚度15mm为最优方案,优化后横梁质量减轻了751kg,形变量减少了3.6%,一阶固有频率增加了3.5%,优化设计效果明显,为机床其它零部件的设计提供了方法参考。

一种龙门式机床横梁升降同步检测装置

一般龙门式机床移动横梁的上升与下降是靠两侧丝杠驱动的,在横梁的上升下降过程中,如果一侧丝杠因驱动动力故障、丝杠损坏原因,造成单侧丝杠运转,使横梁单边受力,易造成横梁拉断,因此必须使用检测装置,检测横梁左右上升、下降是否同步。根据调查,国内有些设备只是针对转动装置做出了监控,这种监控是不全面的,即使电机和转动装置正常运转,但由于转动装置的不同步,也会造成一定的隐患,短时间内不会发现,但是时间一长,误差的累积也会影响横梁两端的同步性,会造成加工工件时两端严重受力不均匀的表现。导致活动横梁上下移动的时候可能相对稳定,然而在加工工件时,有可能导致事故发生。对此进行分析之后,我们对活动横梁检测同步的装置进行了严密的设计及改进。

机床横梁静强度分析及优化设计

横梁是机床的主要承力部件,其结构布局及力学特性直接影响机床的加工精度。本文针对某机床横梁静强度分析结果,利用有限元软件Abaqus进行拓扑优化分析,通过改变横梁内部筋条形状增大其刚度,校核优化后横梁的变形,并与优化前结果进行对比,验证拓扑优化后机床的抗扭效果,减小横梁自身重量,实现在不减弱原横梁强度的基础上结构布局最优化,为工程实际应用提供理论依据。

基于正交试验的机床移动横梁多目标优化设计

为了提高机床移动横梁静、动态综合性能,机床横梁必须具有合理的筋板布局和结构特性。建立了横梁振动力学模型,理论计算了横梁最大耦合变形量,在三维设计软件中对机床横梁进行三维建模,并使用Ansys对横梁进行静态、模态分析。文中以机床横梁质量、最大耦合变形、最大耦合应力、一阶固有频率作为评价机床横梁设计优劣的目标函数,以横梁筋板结构、筋板厚度,上导轨支撑筋板倾斜角度作为设计变量进行多目标优化设计。采用正交试验法,设计了3因素4水平的正交试验;运用综合平衡法确定最优水平,从而得出最优的试验方案。结果表明,横梁理论计算变形量与仿真分析值相近,且横梁"井"型筋板结构,筋板厚度25 mm,上导轨支撑筋板倾斜55°设计为最优方案,其中与原设计方案相比质量减轻了473 kg,横梁总形变减少了7.455%,一阶固有频率提高了2.956%。研究证明,采用正交试验法合理设计横梁试验因素与水平,可以以较少的试验次数获得最优的试验结果,说明正交试验法具有较高的工程运用性。

基于动力学演化样本的代理模型优化方法

为提高代理模型的精度,将动力学演化样本生成方法引入代理模型优化设计。采用拉丁超立方抽样得到初始样本点集,基于动力学演化计算生成均匀性更佳的样本点集,并用于Kriging代理模型构造,结合遗传算法给出一套基于动力学演化的代理模型优化方法。通过经典测试函数和某实际机床横梁的优化分析,证明演化后点集在代理模型构建和模型全局寻优上的优越性。