一种机床固定结合面形状的拓扑设计方法

提出了一种考虑动力学特性的机床固定结合面形状的拓扑设计方法,将固定结合面实际接触区域的接触刚度模型等效为一种有限单元材料模型,给出了其材料等效模型——弹性模量及剪切模量的计算方法,并以此等效模型确定了固定结合面接触单元的刚度矩阵。采用渐进结构优化法进行固定结合部接触区域拓扑形状的优化设计,即采用删除准则,消除对总体固有频率贡献较小的接触区域材料,达到主动设计结合面实际接触区域的拓扑结构。通过车头箱与斜床身的螺钉结合面的工程案例,阐述了拓扑形状的动力学主动设计的基本流程,证明了这种方法的可行性与实用性。

切向加载、卸载和振荡强耦合下机床螺栓结合部之摩擦能量耗散机制

在保持微凸体受法向力恒定的状态下,侧重导出切向力和变形量的切向加载、切向卸载和切向振荡接触方程。当2个球形微凸体接触时,构建每循环中切向接触摩擦能量耗散力学模型。按照赫兹静力弹性法向接触理论,得到微凸体顶端曲率半径。根据微凸体分担法向力的光滑性与连续性法则,校正临界弹性变形微接触面积与临界变形量的数学表达式。面向有条件等式,在弹性和纯塑性变形基础上,建立整个结合部法向力与切向接触摩擦能量耗散的理论模型。以北京机电院高技术股份有限公司直线电机驱动Linear MC6000普莱诺五面体加工中心上的龙门横梁-导轨螺栓结合部为研究对象,分析法向预紧力、表面粗糙轮廓分形维数、切向力、分形粗糙度、相关因子、单轴向屈服应变及静摩擦因数等7个相对独立参数对切向接触摩擦能量耗散的影响规律。可视化的数值分析结果表明:切向接触摩擦能量耗散随着法向预紧力的增大先增大后减小;表面粗糙轮廓分形维数在较小范围内,切向接触摩擦能量耗散随着表面粗糙轮廓分形维数或分形粗糙度的增大而增大;表面粗糙轮廓分形维数在较大范围内,切向接触摩擦能量耗散随着表面粗糙轮廓分形维数或分形粗糙度的增加而减小;切向接触摩擦能量耗散随着切向力、相关因子、单轴向屈服应变的增加而加大;切向接触摩擦能量耗散随着静摩擦因数的增加而降低与经典结论完全相反,这是因为当静摩擦因数较大时,根据近代分形几何理论可知法向预紧力越大,微滑趋势将更小,导致较小切向接触摩擦能量耗散。

高强栓接结构对分段式重载横梁动态特性的影响

针对高强栓接连接的超跨距分段式横梁与整体式横梁,以某机床厂生产的重型龙门数控机床三段式栓接重载横梁为研究对象,在横梁3种安装方式下分别对其进行动力学实验,并且利用三维建模软件与有限元软件对相应的整体式横梁进行了建模与分析.通过对照测试结果与分析结果,探究了栓接结合部对横梁动态特性的影响.结果表明:分段式横梁在3种情况下的动力学特性与整体式横梁并无显著差别,横梁栓接结合部对横梁动力学特性的影响较小.

基于虚拟材料层和孪生有限元模型的机床主轴固定结合部动力学建模

针对主轴系统固定结合部传统弹簧阻尼单元法等效建模精度较低的问题,采用虚拟材料层法建立主轴系统固定结合部的孪生物理模型,对模型进行有限元分析计算,以虚拟材料层相关参数(弹性模量、密度、泊松比)作为输入,计算机床主轴的固有频率,并以此数据样本训练深度神经网络,建立主轴系统的孪生有限元模型。采用粒子群优化算法,以虚拟材料层相关参数为优化变量,以孪生有限元模型计算的理论固有频率与对应试验值的相对误差最小为目标函数,优化确定虚拟材料层的相关参数。以VMC850E型立式加工中心主轴的刀柄-夹头-刀具系统两个固定结合部为实例进行了建模、试验、参数识别等分析,分析结果表明,该方法是可行的、有效的,建模精度达到了1%以内。

机床螺栓固定结合面动态参数识别与实验验证

针对各向同性虚拟材料模型不能准确表征螺栓固定结合面法向和切向的性能差异的问题,以机床立柱-床身螺栓固定结合面为研究对象,采用横观各向同性虚拟材料对机床螺栓固定结合面进行动力学建模,通过试验设计和有限元分析构建机床螺栓固定结合面的径向基函数神经网络模型。结合模态试验结果构建寻优目标函数,并利用粒子群优化算法进行求解,识别出横观各向同性虚拟材料弹性常数。结果表明:实验模型的理论模态与实验模态前六阶振型基本一致,固有频率的误差小于5.1%,说明了该方法的有效性,为机床螺栓固定结合面参数识别提供了一种新方法。

一种机床固定结合部的动力学参数化建模方法

在全面分析机床固定结合部动力学特性的影响因素(结合面接触长、宽、粗糙度和预紧力)基础上,根据正交试验理论设计了结合面动力学特性实验试件.利用机床固定结合部动力学建模及其参数识别理论,识别各种工况下试件的动力学模型参数.在对结合面动力学模型参数深入分析的基础上,利用曲面响应法,建立了机床固定结合部动力学参数化数学统计模型.实验验证了该模型的有效性,为数控机床整机动力学精确建模提供了理论基础.