基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化
0前言*加工中心是由多个零部件组成的复杂动力学系统,零部件性能往往无法全面准确地反映加工中心性能。加工中心性能主要是由整机性能来保证,因此,对加工中心优化设计的关键在于整机的集成优化设计。目前机床结构优化设计大多是针对单个部件结构进行的[1],不能直接反映整机特性,因此应该从整机层面进行。整机优化分析方法主要有:基于有限元法的系统动静态性能分析对比优化的计算机辅助分析的方法(Computer aided engineering,CAE)[2]、整机有限元建模和动态分析方法[3]、整机结构形状拓扑优化和尺寸参数优化方法[4]等。但从整机层面上进行优化还存在困难。主要是因为加工中心结构复杂,涉及结合面处理,其目标函数和约束函数都很难用显式表达,约束条件函数和目标函数的导数绝大多数不连续,采用传统的基于梯度的优化方法难以找到最优解。因此考虑采用源于统计学的响应面技术解决上述问题。响应面法已广泛用于汽车和飞机等结构优化设计中[5-6]。...&
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1加工中心的静动态特性分析1.1整机有限元建模ANSYS Workbench软件是以有限元分析为基础的大型通用CAE软件,ANSYS Workbench Envi-ronment(AWE)作为新一代多物理场协同CAE仿真环境,它包含3个主要模块:几何建模模块、有限元分析模块和优化设计模块。ANSYS Workbench软件的实体建模功能较弱,用三维软件Solidworks将高速立式加工中心整机模型建立起来,再通过程序接口将实体模型完整地导入到ANSYS Workbench中,目前很多有限元分析过程都是采用在三维软件建立实体模型,然后通过程序接口导入到有限元分析软件中再进行分析计算。考虑到一些细小特征对整体的性能影响很小,根据圣维南原理,在不影响模型精度的基础上,对机床零部件的局部特征进行了适当的简化。将部件中的倒角、工艺孔、退刀槽、螺纹等均按实体处理。在考虑机床主要结合面特征参数对整机特性影响的基础上,建立了较准确的整机有限元模...&
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0引言立柱是加工中心主要的支承件之一,因而其动态特性直接影响加工中心的加工精度。以提高立柱动态特性作为优化设计的目标,不仅可以从根本上改善加工中心的加工品质,同时也降低了加工过程中的振动。目前加工中心立柱优化的一般方法是首先建立立柱的CAD/CAE模型,通过模态分析得到薄弱环节,在此基础上开展优化设计。优化过程主要通过经验改变立柱内部筋板的结构[1];通过灵敏度分析,得到合理的壁厚和筋板厚度值[2],对立柱进行拓扑优化[3]。降低机床重心能提高其动态特性[4],但是在目前国内外公开的文献,很少见到将动态分析与降低重心结合起来,开展结构动态优化设计的报道。本文选定高速立式加工中心为研究对象,利用有限元方法,对其进行结构优化。在完成立柱结构优化的同时,降低了立柱的重心,提高了立柱的动态性能。1建模与动力学分析1.1立柱模型的建立建立立柱CAD模型时(图1),忽略了对立柱动态特性影响较小却对网格划分十分不利的小特征,如倒角、圆角等[5...&
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加工中心是近几十年发展起来的高端装备制造业,是国家十二五规划重点发展的行业之一。加工中心从臃肿、笨拙、功能简单到如今精致、灵巧、功能齐全,从开始纯军事用途到现在应用于各个制造领域,并且已经从稀有到普及。良好的润滑,对延长加工中心各个运动部件的使用寿命,提高切削加工效率,保证机床的动态性能和加工精度具有十分重要的意义。本文以线轨1060立式加工中心为例,介绍润滑的原理、用到的润滑零部件等。1润滑简介目前,加工中心已经成为机械制造的主要工具母机,其可靠性能已经成为衡量性能好差的重要指标。要保证加工中心可靠、稳定地工作,除了机械结构、数控系统等方面的要求之外,良好的润滑也是不可忽视的一部分,他们对延长机床的使用寿命、提高切削加工效率、保证机床良好的动态性能和运动精度具有十分重要的意义,并且可以减少维修成本,减低能耗,间接提高生产效益。1.1润滑的作用1.1.1以润滑油或者润滑脂加入到两个相对运动部件的摩擦表面,降低摩擦系数,减小摩擦。...&
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设备国别:新加坡设备价格:57.9万元联系人:吴文君数量:1台购置日期:2002年3月设备所在地:实训楼1132室联系电话:设备简介:该机床由精湛机具(上海)有限公司生产,配有高档FANUC-21M,能实现三轴联动,具有自动参数补偿、刚...&
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数控机床包装箱保证在储存、运输、装卸及使用过程中、避免受外界自然条件的影响,减少外界环境对包装箱内机床的影响,尽量降低环境对包装箱的破坏,现在用传统木质包装箱综合防护外界自然条件比较差,受到制约因素比较多,现大量复检机床因为锈蚀,产生再制造浪费,每年需要大量的人力物力重新装配。铁制包装箱设计合理、结构简单、易于加工、坚固耐用、不易变形、一致性好、搬运方便、重量轻、外形美观,具有很好的使用价值。为了节省国家木材,保护森林植被,维护地球生态平衡,研究开发一种经济适用的铁制包装箱来代替。1设计理念机床用包装箱,主要是保证机床运输过程中不受到外界环境影响,保护产品功能不受到影响。出国包装箱受到环境和天气影响因素更多,考虑方面更多,需要铁质框架或者熏蒸才可以包装运输。无论是大型机床还是小型机床都需要全方位考虑运输过程中所处的环境天气。随着国家工业4.0的实施,现代机械生产线都是具有高精度,高稳定性,高耐用性,数控机床配合机械手等组成,数控...&
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多项式回归与一致性研究_应用及分析
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液体静压油膜-转台系统的力学性能分析及优化设计.pdf 111页
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数控机床和装备的性能取决于其关键部件的性能。液体静压油膜．转台系统
是数控机床的主要部件，其性能优劣直接影响数控设备的加工质量和运行效率，
对液体静压油膜．转台系统进行深入的力学分析及优化设计，对于增强数控机床
工作台的承载能力和性能，满足高精度的加工需求，推动先进制造业的自主创新
发展，具有十分重要的理论意义和应用价值。
本文主要从以下几个方面对液体静压油膜．转台系统进行研究：
(1)根据液体静压油膜．转台系统的特点，采用分块划分网格的方法，将油
膜支承力简化为弹簧支承，建立了液体静压油膜．转台系统的有限元数值计算模
(2)分析了供油方式不同的液体静压油膜．转台系统，在不同的外荷载、不
同材料弹性模量、不同油膜刚度、不同油腔个数时的静力学性能，得到了这些参
数对系统的应力和位移变化的影响。
(3)在系统的动力学性能研究方面，分析了供油方式不同的系统，在不同
材料弹性模量、不同油膜刚度、不同油腔个数时对系统结构进行了模态分析，研
究了不同的系统参数对结构振动频率的影响。此外，利用响应面的建模方法研究
了系统频率的响应面拟合函数形式。
(4)利用多学科优化理论，对影响液体静压油膜．转台系统工作性能的主要
参数进行了多目标优化设计。以结构的最大位移为最小、单元最大von
应力值为最小为优化目标，以无量纲的材料弹性模量和油膜刚度作为设计变量，
建立了优化模型。利用响应面方法，将满足结构强度和刚度条件的目标函数进行
显式化，建立了以结构综合性能指标为目标的单目标优化模型。采用序列响应面
方法，对优化模型进行了求解，程序运行稳定可靠，获得了提高系统力学性能的
计算结果符合预期设想，为进一步研究液体静压油膜．转台系统的其他方面
的性能，提高其工作性能和加工精度提供了理论依据，对实际工程具有很大的理
论意义及实际参考价值。
关键词：液体静压油膜一转台系统；有限元数值模拟；静力学分析；动力学
分析；多目标优化设计
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数控机床性能分析及可靠性设计技术
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