基于非参数回归响应面法的高精车铣复合机床床身多目标联合优化设计

精密化是机械加工领域追求的目标,数控车铣复合机床作为高端机械加工装备,其床身的动静态特性对机床加工精度有显著影响。针对当前床身结构优化方法效率低、效果差的问题,文章提出一种非参数响应面法的多目标联合优化方案。该方案首先根据有限元分析结果挑选出模型的优化尺寸,并将床身质量、最大形变、一阶固有频率作为联合优化目标;通过建立参数试验对尺寸进行敏感性分析,精准选出敏感性较大尺寸;基于非参数回归法建立响应面,导入所选尺寸,计算试验样本的响应值,建立非参数回归响应面优化模型,并采用多目标遗传算法找出最优设计方案。最优方案优化结果为:机床床身最大形变降低约14.667%,一阶固有频率提升约3.187%,质量降低约1.208%。结果表明该优化方案能够高效提升机床床身动静态特性,为机床优化设计提供理论依据。

大型卧加床身3D打印的工艺研究

介绍了大型卧加机床铸件的结构及技术要求,针对采用传统木模手工造型工艺存在的问题进行工艺改进,通过采用木模底板+3D打印砂芯的工艺,解决了铸件的夹砂及尺寸稳定性差等问题。最后指出:(1)采用3D打印方式生产砂芯,可以优化砂芯数量,解决手工砂芯分型带来的不易固定问题,有效避免下芯过程的夹砂问题,从而保证铸件质量问题;(2)采用4 m打印机“横向切片”工艺,可以进一步优化砂芯数量,提高铸件质量和生产效率,降低铸造过程的操作难度,提高清理效率,降低清理成本。

大型扁平床身的铸造工艺

介绍了大型扁平床身铸件的结构及技术要求,详细阐述了铸件的3种浇注系统设计方案,并对其优缺点进行分析,认为在床身两端导轨底侧充型,采用封闭式浇注系统并使用一个浇口杯的方案为该铸件的最佳方案。最后指出:(1)利用大型扁平床身导轨长的优点,采用底侧充式浇注系统,不仅可以降低底箱的吃砂量,减少底箱的树脂砂使用量,节约生产成本,还可以避免封闭式浇注系统铁液流速快而产生冲砂的问题;(2)利用封闭式浇注系统,把两端横浇道引到一起,用一个浇口杯进行浇注,避免上盖高度的增加,减少吃砂量,提高生产效率。

Numerical Simulation and Analysis of Residual Stress in Machine Tool Bed Casting

A combined FDM/FEM software system was developed to analyze the temperature and stress distributions in castings. The FDM was used to calCulate the temperature distribution while the FEM was used for the stresssimulation. For practical application, a machine tool bed iron casting was selected and the high temperature mechanical properties of the cast iron were measured. The FDM/FEM simulation results of the temperature and stressdistributions of the solidification process of the casting using current production technology agreed well with the measured temperature and residual stress results. A modified production technology was then proposed. The numericalsimulation results showed that the temperature distribution of the modified production technology was more uniformand the distribution and value of residual stresses were more favorable to dimensional stability of the machine tool.

灰铸铁机床床身的铸造工艺改进

介绍了一种机床床身铸件的结构及技术要求,针对生产中出现的铸件硬度不合格、浇注时容易出现严重呛火、铸件顶面夹砂导致铸件废品率较高的问题,进行了工艺改进。通过调整废钢加入比例、化学成分以及浇注温度,保证珠光体体积分数达到要求值,使铸件的硬度稳定提升;通过将原来的手工制芯改为3D打印砂芯,解决了手工砂芯分型带来的不好固定问题,提高了砂芯精度,组芯过程间隙小,有效解决了呛火问题,铸件外观质量提升明显。

大型T型床身的铸造工艺设计

介绍了大型T型床身铸件的结构及技术要求,从模具材料选取、分型面选择、浇注系统设计、砂芯工艺设计等方面,详细阐述了T型床身铸件的铸造工艺。最后指出:(1)大型T型床身铸件在工艺设计时,利用两侧边芯设置横浇道,可以减少工艺设计宽度参数,使宽度吃砂量降低;(2)利用3D打印技术可以解决复杂部位内腔的形成;(3)对于大型T型床身铸件,采用分散式浇注系统,可以使充型过程中不容易紊流,大大减少导轨气孔、夹砂问题,提升铸件合格率。

精密机床床身结构参数的优化设计

在确定精密机床床身合理结构的基础上 ,利用ANSYS有限元软件提供的APDL参数化设计语言和优化设计方法 ,以床身的肋板布置和肋板厚度为设计参数 ,对床身进行结构设计参数的优化 ,确定了床身结构的合理参数。不仅大大提高了床身的动态性能 ,而且节省了材料 。

基于元结构的精密机床床身结构动态分析和优化

为提高某精密数控机床床身抗振性能,运用结构动态优化原理和有限元法的变量化分析方法,对精密机床床身元结构进行动态特性分析。并以元结构分析结果为依据,提出了该床身结构的2种结构优化方案。比较分析2种结构优化方案与原床身结构方案的动态性能,分析结果表明,优化方案床身的动态性能得到了明显提高。

机床床身结构优化设计方法

结合基于近似模型的尺寸优化及拓扑优化技术,提出了机床床身结构优化设计的策略。首先以床身结构的刚度和基频为设计目标,以床身内部横隔板间距及厚度、垫铁间距为设计变量,通过中心复合设计法生成实验所需的设计变量的样本点,对生成的样本点进行有限元分析得到样本点的响应,借助最小二乘法建立近似模型二阶响应曲面。采用折衷法建立多目标优化模型,并用遗传算法进行求解。在此基础上,采用密度法对床身结构进行拓扑优化。实例计算结果表明,优化后床身质量减轻了4.45%,而刚度提高了5.8%。

玄武岩纤维增强树脂混凝土机床基础件结构设计及其性能仿真分析

为探索提高机床静、动态特性,从而满足机械制造向着高精密化、高自动化、高效率等方向发展需求的新途径,研究了一种新的机床基础件材料——玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)。确定了BFPC主要性能参数,并以某数控机床铸铁床身为研究原型,设计了BFPC机床床身。应用有限元分析软件ANSYS分析原型床身和BFPC床身的静动态特性,得出了其应力-应变分布云图、前6阶模态振型图、固有频率及谐响应曲线,并将上述结果进行对比分析。结果表明,以BFPC制造机床床身可在减轻质量的同时提高床身的静、动态特性。

立式加工中心床身结构动态特性有限元分析

以某立式加工中心床身为研究对象,对床身结构动态特性进行了研究。运用ANSYS有限元分析软件对其进行了模态分析,得出床身结构的前8阶模态频率及振型,在此基础上对其进行了谐响应分析,得到床身结构受外界激振力作用下的幅值频率响应曲线。结果表明:床身结构的各阶固有频率均大于机床的工作频率,激振力频率与床身结构的1、4阶固有频率接近时,床身容易发生共振。该床身结构具有较好的动态特性,验证了床身结构设计的合理性,为床身结构的优化设计提供了理论依据。

基于ABAQUS的高速立式加工中心床身的优化设计

利用有限元分析软件ABAQUS对BVG系列高速立式加工中心的床身进行模态和静力分析;根据仿真分析结果,针对床身设计中的薄弱环节进行改进,对改进后的床身进行模态和静力分析。结果表明,优化后床身的结构性能较原设计得到明显提高。

基于有限元分析的拉刀磨床床身结构优化设计

床身是机床的重要基础件,它的动态特性和静态特性直接影响到机床的精度和稳定性。在设计阶段通过建立QMK008拉刀磨床床身的实体模型和有限元模型,基于有限元方法进行仿真计算,得到了原始设计方案床身的变形和模态。根据床身的结构特点和刚度要求对原始方案进行改进,通过有限元分析和对比,发现增加壁厚和筋板厚度床身刚度没有明显提高,采用米字型筋板可以提高床身的静刚度和狭长形床身的固有频率,增加地脚螺栓个数对于提高床身动静刚度也有明显作用。

某型复合加工机床床身动态特性分析与结构优化

床身作为整体机床的重要支撑部件,其动态特性直接影响机床加工质量和可靠性。建立了某型复合加工机床的床身三维模型,基于结构模态振动理论,利用有限元分析软件ANSYS提供的APDL语言,通过对机床床身前六阶固有频率及振型的对比分析,研究不同筋板结构对床身固有频率的影响,提出了床身结构优化方案。分析了地脚螺栓安装处筋板厚度对床身动态特性的影响,发现筋板厚度的增加对床身一阶固有频率的提高具有促进作用,优化后的机床床身一阶固有频率提高了39.7%,具有更好的动态性能,有利于提高机床的加工质量和可靠性。

降低铸铁件残余应力的工艺研究

采用盲孔法测量灰铸铁、球墨铸铁应力框试样的残余应力,研究了CE、打箱温度、振动时效、热时效等对机床床身用灰铸铁、球墨铸铁件残余应力的影响,获得降低铸铁件残余应力的技术措施并应用于机床床身。研究表明：适当提高CE和降低打箱温度均有利于降低铸态灰铸铁、球墨铸铁件的残余应力,在复合合金化的前提下推荐灰铸铁和球墨铸铁的CE分别为3.75%~3.85%和4.40%~4.60%,打箱温度低于300℃。＂阶梯式升温降温法＂热时效能显著降低残余应力,时效后HT300灰铸铁和QT600-3球墨铸铁试样的残余应力分别低于20 MPa和50 MPa。振动时效能降低残余应力,但其效果不及热时效。

高速车床花岗岩与铸铁床身动静态性能的对比分析

机床床身是机床的一个重要的基础部件。机床床身的静态性能和动态性能,直接影响到被加工零件的质量。传统的床身出于减震性、成本、加工等因素的考虑,一般采用铸铁材料,而随着近年来机床精度发展的需要以及人造花岗岩技术的日趋成熟,人造花岗岩越来越多的被用于机床床身等基础件的制造中。利用Ansys分析软件,对某高速车床采用的铸铁床身和花岗岩床身进行静态切削受力分析和动态模态分析,并对比其性能特性,分析证明花岗岩材料用于床身制造的性能优越性,为提高车床床身的性能提供有用的理论依据。

W型隔板床身壁厚与振型关系的研究

以机床的Ｗ型隔板床身为例，采用有限元分析方法，阐述床身结构尺寸参数变化对其动态性能的影响，为进行产品的结构设计提供理论依据，将此方法用于大件系列产品的设计研究，对提高结构动态性能将起到积极的推动作用。

地脚螺钉对床身动态特性影响的研究

本文通过地脚螺钉布局与机床床身固有振型的分析，阐述了床身固定形式对结构件动态特性的影响规律，为进行结构件动态优化设计作了有益的尝试。

灰铸铁机床床身应力与变形的测试研究

利用数值模拟软件对铸件的充型、凝固过程及铸件内部热应力分布情况进行模拟分析。通过测试灰铸铁机床床身多个测点在热时效前后、加工前后及振动前后的残余应力值,发现残余应力随CE和Si/C比提高而降低;热时效能大幅度降低铸件残余应力,热时效温度越高,铸件残余应力降幅越大,且降温时段降温速度对残余应力有较大影响;加工会产生较大残余应力,热时效后进行其它时效对残余应力影响不大。

板厚对机床床身动态特性的影响

通过机床床身主墙板与隔板板厚变化对其动态特性的影响分析，阐述了尺寸参数对结构件振型及其固有频率的影响规律，为进行结构件动态优化设计作了尝试。