大型数控双柱立车立柱动力学结构分析与优化
CK5280 数控双柱立式车床(2)
工作台主运动部份：工作台由直流电机（英国欧陆 590 系列全数字直流调速控制）通过立式 四档齿轮变速带动工作台作回转运动，实现工作台转速范围内的无级调速。工作台主轴结构径向 采用高精度双列圆锥滚子轴承作径向定心，在主轴上端采用高精度大型推力圆柱滚子轴承给予恒 定的中心卸荷值，减少和分担了发热引起的工作台导轨内侧的边沿负载，轴向采用预载静压导轨 承载，使工作台具有旋转精度高，承载能力大，热变形小等特点。在工作台底座导轨面装有电阻 温度计，加工过程中可实时监控导轨温度；当机床突然断电时已考虑了断电静压导轨保护。在工 作台和底座中心装有一个高灵敏度的位置编码器，可实现切削螺纹及端面恒速切削。
4.1.2、在选择机床安装地点时，必须充分考虑机床可能移动部份的极限尺寸，保证机床与机 床之间，机床与墙柱之间留有足够的空间，以便机床的操作与维修。
4.1.3、机床安装前必须认真清洗机床零件表面的防锈油，并涂上机油，以防生锈。 4.1.4、基础下部要防止地下水的侵蚀，其上部表面应涂上一层耐油涂料，以防止机油渗透而 侵蚀变质。 4.1.5、基础浇灌硬化后，应按机床重量分布情况，在基础上预加负荷（该负荷须超过机床与 加工零件的总重量），基础在预加负荷状态下要保持潮湿，直到基础停止沉陷为止。 4.2、安装顺序 4.2.1、在基础上铺设调整垫铁，布置地脚螺钉。 4.2.2、安装主变速箱下面的平台及工作台底座。 4.2.3、安装主变速箱、主轴泵站。 4.2.4、安装左右立柱和连接梁（安装前，立柱下面的两个专用长螺钉应先放进去）。 4.2.5、安装横梁升降丝杆与升降减速箱。 4.2.6、安装工作台（在拼合工作台时，六件 40x100 的锥销必须放于工作台正面接缝处的锥 销孔内；工作台背面的四个销孔是工艺用销孔，不允许放入锥销）。 4.2.7、安装横梁及后走台，注意调整保险用的钢螺母与丝杠工作面不许接触。 4.2.8、安装左右刀架。 4.2.9、安装前后走台、操作箱。 4.2.10、安装操纵台、操纵箱。 润滑管路系统、电气设备、梯子、栏杆等可根据现场情况，与上述主要部件的安装交叉进行。 工作台端面与外圆是否需要自车，由用户自行决定。（工作台出厂时，工作台端面与外圆均留有供 用户自车的余量）。
数控机床立柱力学特性分析
168研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2019.09 (下)数控机床由于自身的激励产生振动，而产生的振动也影响着设备的精度，给相关人员操作带来困难。
为了使重型机床在加工过程中保证其加工质量，因此，对重型机床立柱进行动态特性研究具有重要意义。
针对机床立柱国内学者做了大量的研究，姬宇等基于Solidworks 对机床立柱关键特性尺寸参数和立柱内部加强肋板的结构设计进行了相应的研究。
方浩等通过计算得到各设计参数对立柱动态性能的灵敏度值,选择其中灵敏度值大的设计参数为设计变量。
以一阶模态频率为目标,使用响应面法进行优化设计。
李德刚等通过建立立柱三维模型及有限元模型,对立柱结构进行静态分析考察立柱变形趋势，通过改变立柱内部筋板结构提高立柱刚度。
杨明亚等建立立柱的三维有限元模型,利用大型有限元分析软件ANSYS 对立柱部件进行了模态分析,得出了立柱前五阶固有频率和振型。
安晓卫等研究了立柱承受最大切削力时，应用结构分析软件 Super SAP 对其进行了静刚度计算。
上述研究学者主要从静、动特性方面入手开展的立柱相关研究，然而，上述研究缺少对机床立柱剪力的统一数学模型，这更突显出本文研究的必要性。
1 数控机床立柱受力图1.1 立柱等效载荷数控机床立柱下端与其滑座固定，其约束条件可视为一端约束，一端自由。
论文分析立柱在启动载荷作用下的强度计算，因此，机床立柱受机床惯性力作用，另外，在计算过数控机床立柱力学特性分析刘建平，毕根凤（航天科工惯性技术有限公司，北京 100074） 摘要：立柱作为数控机床的重要部件，其刚度和强度直接影响着数控机床的加工精度和可靠性，论文将工况载荷等效为集中力和弯矩作用于立柱上，将其考虑成悬臂梁建立其力学模型。
由于立柱截面为均匀分布截面，因此基于材料力学的相关理论，通过计算型心、惯性矩等最终获得立柱的应力值，论文最后对比了有限元仿真结果与理论结果，验证了理论模型的正确性，为数控机床的立柱进一步优化奠定了理论基础。
机床结构设计方法研究及在立柱设计中的应用
3、机床结构设计方法
3.1设计理念
机床结构的设计理念应考虑以下因素：稳定性、可靠性、精度、刚度、抗振 性、热特性等。在满足这些基本要求的前提下，还需考虑加工效率、操作方便性 及成本控制等方面。
3.2结构分析
结构分析是机床结构设计的重要环节，其主要目的是发现和解决结构中的问 题，优化设计方案。结构分析包括静态分析、动态分析、模态分析和热态分析等。
机床结构设计方法是一个复杂而重要的过程，需要综合考虑多种因素，包括 稳定性、可靠性、精度、刚度、抗振性、热特性等。还需兼顾加工效率、操作方 便性和成本控制等方面的要求。 （2）立柱作为机床结构中的重要支撑部件，其 设计的优劣直接关系到机床的性能和稳定性。
本次演示采用有限元分析方法对立柱进行结构设计，并对其在不同工况下的 应力、应变和振动特性进行模拟分析，进而提出针对性的结构优化措施。这些优 化措施在实际应用中取得了良好的效果，说明有限元分析方法对立柱结构设计具 有重要指导作用。
方法验证与结果分析
为验证上述组合机床计算机辅助结构方案设计方法的可行性和有效性，我们 进行了一系列实验。实验中，我们将该方法应用于实际组合机床的设计中，并对 其性能和稳定性进行了评估。评估标准主要包括：设备的加工精度、生产效率、 故障率等。实验结果表明，该方法可以有效提高组合机床的性能和稳定性，降低 了设备的故障率，证明了该方法的实用价值。
2、设计参数选择
在组合机床的结构方案设计中，需要选取一系列设计参数，如传动系统参数、 切削参数、液压系统参数等。这些参数的选择将直接影响到组合机床的性能和稳 定性。因此，需要基于大量的设计经验和实验数据，选择合理的设计参数。
3、结构优化算法
在组合机床的结构方案设计中，结构优化是提高设备性能和稳定性的重要手 段。本次演示采用遗传算法进行结构优化，该算法具有全局搜索能力强、能处理 多目标优化问题等优点。通过遗传算法，可以对组合机床的结构进行优化设计， 以获得更好的性能和稳定性。
立式车床立柱结构优化设计
设计与制造2021年第3期(第26卷,总第125期)·机械研究与应用立式车床立柱结构优化设计蒋国生(永州职业技术学院,湖南永州425000摘要:采用科学计算和实际经验相结合的方法,类比同类车床立柱的结构,并依据有限元分析的数据,对该立柱结构进行优化。
针对FWL-8式车床立柱提出了三个减重方案。
通过对立式车床立柱的有限元分析和结构优化,减轻了车床立柱的重量,节省了工程材料,立柱的强度刚度和固有频率等指标能满住实际工作的需要,为同类型机床的设计生产提供了更多的理论依据。
关键词:车床立柱;模态分析;有限元分析;结构优化中图分类号:TH12文献标志码:A文章编号:1007-4414(2021)03-0102-03Structural Design Optimization for Lathe ColumnJIANG Gou-sheng(Yongzhou Vocational College, Yongahou Hunan 425000, China)Abstract: In this paper, combining scientific computing with practical experience, along the similar lathe pillar structure andon the basis of the data of finite element analysis three measures are made. Through the finite element analysis and structuraoptimization of FWL-8 vertical lathe pi llar, it could reduce the weight of the lathe pillar and save the project materials, andthe strength, stiffness and natural frequency could meet the need of actual work. It could provide more theoretical basis for thesame the type of machine tool design and productionKey words: lathe column; modal analysis; finite element analysis; structural optimization1引言2立柱结构优化设计方法在立式车床和各组成局部中,立柱起着关键部件2.1参数化有限元模型的作用,并与整机性能有着密切的关系。
重型双柱数控立车整体结构设计
重型双柱数控立车整体结构设计作者：王亮刘朝元来源：《科学与财富》2016年第01期摘要：数控重型立车机床与卧式车床相比，具有良好的工艺加工性，工件在立式车床主轴轴线为垂直装夹，因此工件的装夹比卧车容易；同时立车横梁中预载静压导轨结构上也减轻了主轴及主轴轴承的载荷变形，从而保证了立车在长期加工时的工作状态稳定性和精度要求。
重型数控立车横梁作为重要的支撑部件，本文通过分析横梁的结构并对其进行了有限元分析，进而保证重型数控立车的性能。
关键词：双柱；数控立车；结构设计1.重型双柱数控立车机床结构重型数控立车机床横梁升降是通过安装在立柱顶梁上的交流电机驱动，即由安装在顶梁中间的交流电机驱动轴，轴连接蜗杆，蜗杆传动涡轮，蜗轮蜗杆装置为顶梁升降箱，该箱体再传动到左右立柱上的两根丝杠，通过两丝杠同步转动，最终实现横梁的升降。
1.1工作台工作台设计采用预载恒流静压导轨承载以保证机床加工的最大载荷，磨擦系数小，承载能力大，并且有静压导轨油膜测厚和温度保护装置。
1.2底座底座为机床核心部件之一，设计要求该部件内腔肋板结构合理，符合承重的刚度要求，将其安装在地基上保证机床抗振性，该部件同时与工作台导轨形成环形回转静压导轨。
1.3主变速箱主变速箱为机床核心部件之一，采用车铣复合为一体的箱体结构，在车削条件下为大功率的主电机驱动，设计选择一对小齿轮同工作台齿圈啮合；在铣削条件为双伺服电机驱动一对小轮齿，保证动作平稳，通过拨叉换挡消除传动轴与一对小齿轮之间的侧隙，保证在铣削加工状态下工作台分度的稳定性。
1.4立柱立柱为机床基础件，为左、右对称布局，从而减小了受热变形的影响，主要载重顶梁、连接梁，对刀架、滑座、横梁起夹紧固定作用，要求该部件内部肋板布局合理，具备良好的静刚度和抗振性，因此材料一般为铸铁件。
1.5滑座滑座使机床刀架具有水平移动的运动部件，具备静压导轨板，形成静压支撑刀架、滑座，要求部件有较好的刚度。
1.6刀架体刀架体影响到机床的加工精度，在车削条件下需具备足够的刚度。
【doc】CK5255型数控双柱立式车床的结构特点与技术性能
CK5255型数控双柱立式车床的结构特点与技术性能传糊矬岔忧当前机床工业正处在一个非常关键的发展时期,一是国民经济的发展与现代化生产中机械加工自动化水平的提高,需要大量技术先进,使用可靠,精度高,功能全的数控机床;二是受进ra机床的冲击,使许多机床生产企业面临生存危机,举步维艰.在这种形势下,我们必须珍惜每一个机会,对于所研制的新产品进行认真总结和分析,不断提高自己的技术水平CK5255数控双桂立式车床是武汉重型机床厂自行设计研制的新产品,其用户是北京重型电机厂.下面,我们耐该机床的结构特点和技术性艟进行全面具体的分析.一,机床彗构设计特点机床的设计与制造集中了计算机辅助摸块化设计技术,计算机有限元技术,数控技术,静压技术,导轨辅助粱技术等多学科知识,具有如下特点:机床整机采用热对称构造,可在长期连续工作的状态下,保持精度稳定可靠.主传动采用由可控硅供电的立式倒装宽调磁直流电机,由三角带将动力传至行星齿轮变速箱,带动工作台回转,结构新颖,换档轻便灵活,无级调速范围宽,隳声小.工作台径向采用NN3068K/P42高精度双列圆柱滚子轴承定心,轴向采用预载恒流静压导轨,油膜铡厚装置利用油压的变化来反映油膜厚度的变化;设有温度保护装置,可根据温度和负载选用合适的流量.机床突然断电时,由飞轮作静压断电保护.工作台静压导轨使用的大流量多点齿轮分油器供油系统(多头泵),是武重厂自己的成熟技术.进给运动有刀架移动(轴),滑枕移动(轴)两坐标轴,均采用交流伺服电机,通过陴速齿轮及加有硬载的蒗珠丝杠驱动. 轴采用旋转变压器作半闭环检测,轴采用海登海尔光栅尺作全闭环检测.进给系统有每分钟进给量和工作台每转进给量两种.横柔导轨采用合盒钢淬火精磨并粘接软带.采用辅助粱承圈磐耋簟基&维修2o∞№9受刀架重量,以保持刀架在横粱上的移动精度.为了保持横粱在立柱上移动时的垂直定位精度.当横粱未卡紧之前,横粱的一侧油缸总是推着横粱紧贴于右立桂的同一侧导向导轨面上.刀架和滑枕的移动导轨采用滚动,滑动混合.滚动导轨用于导向,保证移动精度稳定可靠;滑动导轨用于承受主切削力. 在溜板体和刀架体粘贴有进rn软带,以保持断续切削时的运动平稳机床控制系统为法国NUM1040系统,主轴驱动装置为西门子6RA24系统.根据用户要求,机床具有两轴联动数控功毖.机床的地面操纵台上有CRT显示所需的各种信息和数据.机床还配有一个用于手动控制的手提操纵盘,便于灵活移动. 当代机床设计的基本原则是:结构典型化,部件摸块化,军件通用化.因此,我们在CK5255的设计中,力求尽可能多地使用立车系列的典型结构,充分考虑规格内的变型和跨系刊的通用.现将其中特点突出,较有创意的结构作如下介绍:1主传动箱的行星齿轮结构.往,立车的主传动系统多采用斜齿轮,螺旋伞齿轮结构此类传统结构,虽传逮功率太,但配备的功率牖骶,噪声大,往往超过国家标准规定的85dB (A),且加工工艺复杂.本机床的主传动系统,使用了两档变速的行星齿轮主传动箱,把8o年代以来,在武重的CK,CH小立车系列上应用较为成功的行星齿轮变速箱移植过来.另加一对减速齿轮,以满足功率和转速范围的要求.该结构紧凑新颖,效率高且噪声低(<80de(A)).2.横粱的辅助粱结构.刀架在横粱上移动时,其重量会引起横梁的弯曲变形,从而影响机床精度.为此,我们采用了承重辅助粱结构,将辅助梁上端面加工成与攒梁变形曲线方向相反的上凸形曲面,用反变形法进行补偿.这样,刀架移动时.溜板上的滚轮沿此曲面壤动,使刀架的移动轨迹近似直线,从而提高了机床加工精度.3多头泵供油的恒流静压导轨.车机床工作台的负荷较大,选80t,且分布不均,随工件变化而变化,为了保证机床的工作精度,我们采用了多油腔,一腔一泵的恒流静压系统,在底座的导轨面上开有l2个油腔,每个油腔都由多头泵供给恒定流量的油,且流量相等(见图1)多头泵由前给泵供油,改变前给泵的压力,就改变了进出油的压力差,也就改变了多头泵各个出油日的捧油量.这样,调整压力和流量极为方便,维护也简单,只要油腔压力在油泵耐压范围以内,流量又足够,底座和工作台的工作面形成纯液体摩擦,压力储备大,过载能力强二,技术性能图1目前,国外着名的数控机床生产企业主要有德国的多列士一抄尔曼(DORRIES—SCHARMANN)公司,法国的贝蒂(BERTHIEE)公司,意大利的镀楚卡南契公司(PIETROcAR- NAGH1)等.这些公司的产品,技术性能先进,使用功能完备,内部结构精巧,整机造型美观,代表了数控机床的世界先进水平. 奉机床在设计过程中,参考了上述公司的同类产品,并吸取了其优点.1技术参数CK5255型数控双柱立车技术参数见表1.2制造精度裹l项目标准值工作台直径nua5000最大车直径nua5500最大加工高度nua40∞工作台上最大承载重量l80……l高逮挡159～4274J.…"l低挡040～1068工作台最大扭矩kN?m160刀槊最大切削力(刀尖至刀槊下端为5∞一)kN60刀槊精枕行程ham∞00刀架蒲枕截面尺寸hamx一2舯X240……l水平rean/r~nOI3～350"…l|mO.∞一50刀集和精枕水平和垂直快建穆动Ⅲn3oo0刀槊水平行程ham31∞横架升降逮度rean/r~n31O横梁升降行程一2帅O精扰中心过花盘中心的最大越程hamI50刀杆截面尺寸一Xham50x50机床外形尺寸(高X宽X长)mXfitm94×12×585CK5255型数控立车完工后,在武重厂内曾多次检曩I,用户北京重型电机厂也进行了极为严格的现场审接,结果证明:该产品的几何精度和工作精度,全部达到国家标准的要求,平均精度储备在40%以上.特别是工作台的端面跳动和径向跳动实测均为0.01ram,精度储备高达帅%.用德国席士公司的企业标准来检曩I,平均精度储备为25%,工作台端面跳动和径向跳动的精度储备达到42.8%.为衡量CK5255数控立车的技术水平,现将其实测数据,国家标准及德国席士公司的企业标准列成表2,以供比较.寰2film蘸国席士公司检蒉项目CK5255实测数据国家标准企业标准工作台面的平0.O36(凹)007(凹)0.05【凹)面度工作台面的墙OO1O050.O"5面跳动工作台面的径向跳动O.O1O∞O.O175横巢垂直穆动正向O10000.04/l000O01000对工作台旋转轴线的平行度侧向0.O15/1000O.O25,1000O02,l000刀槊移动对工作台面的平行度O.Ol8,1000O.02,1000O.01000蒲扰移动对工正向0.015/10000.04t1000O.03,1000作台旋转轴线的平行度埘向O们5/1000O.02/1000O.O2,l000CK5255数控立车在研制过程中,经过了国家标准(CB9061—88)规定的各项试验(本厂做一次,用户硬验收做一次),现将主要试验项目介绍如下:(1)负荷试验.工作台转速为lOrtmin时,承受与机床最大载重量(80t)相等的试料(实际重量达90t),运行30mfin,运行平稳.工作台为最高转速时,承受30t试件,运行6Omin,运行平稳(2)重切试验.在工作台转速为3.56rtmin,切削深度为25mm,走刀量为1.2ram/rain时,分别切削试件的蛐面和外圆.(3)整机连续空运转试验.编制加工程序作连续空运转自动循环16h.全部试验完成后,复检各项几何精度,结果精度变化相当小,符合GB要求.通过上述分析,说明以我们自己的技术实力,完全有能力设计研制出质量可与进口名牌她美,价格低于进口品牌的质优价廉的数控机床产品.这对于提高国产数控机床在市场竞争中的地位和市场占有率,实现国家制定的普代进日产品战略,进而使国产品牌数控机床走向国际市场,具有不可低估的重大意义. 作者通联:武汉重型机床厂技术中心武汉市武昌中北路108号450071(壕辑王其]。
数控机床立柱结构有限元分析与优化设计研究
数控机床立柱结构有限元分析与优化设计研究近年来，随着工业自动化水平的不断提高，数控机床已成为制造业中不可或缺的重要设备。
而数控机床的结构强度、刚度对其加工精度、工作稳定性、寿命等方面也有着非常重要的影响。
本文旨在对数控机床立柱结构进行有限元分析和优化设计，以改善其结构强度和刚度，并提高其工作性能和使用寿命。
首先，本文选取了一台普通铣床的立柱结构作为研究对象，并通过Pro/E建立其三维CAD模型。
然后，利用ANSYS软件对立柱结构进行有限元分析，模拟其在静载荷作用下的应力和位移分布情况，并得出其结构强度和刚度等参数。
分析结果显示，立柱底部的最大应力较大，且刚度较低，易出现变形、破裂等问题，限制了机床的工作性能。
基于有限元分析的结果，本文进一步对数控机床立柱结构进行优化设计。
通过增大立柱的底部尺寸、增加立柱的挡板数量和加厚立柱壁板等措施，有效地提高了立柱的结构强度和刚度，并减小了其变形和破损等可能引起的损伤。
此外，在优化设计中采用了目标函数法对多个优化参数进行协同优化，最终得出了一组最优设计方案，使机床的工作性能得到了显著提升。
最后，本文对优化设计结果进行了验证。
将最优设计方案制造出来，并进行实际测试。
结果表明，设计方案得到的立柱结构强度和刚度均大幅提高，变形和破损等问题明显缓解，提高了机床的加工精度、工作稳定性和使用寿命，验证了本文优化设计的有效性和可行性。
总之，本文通过有限元分析和优化设计的方法，对数控机床立柱结构进行了改进和优化设计，提高了其强度和刚度等性能，增强了机床的工作性能和使用寿命。
该研究结果不仅对提升制造业的自动化水平具有重要的意义，也为其他相关领域的产品结构设计提供了有价值的借鉴和参考。
对于数控机床立柱结构的有限元分析和优化设计，需要收集和分析大量的相关数据。
这些数据包括材料力学性能参数、结构尺寸、静载荷等等。
下面将对这些数据进行分析。
1. 材料力学性能参数材料力学性能参数对数控机床立柱结构的有限元分析和优化设计具有直接影响。
一种数控机床床身的动力学分析与优化设计
一种数控机床床身的动力学分析与优化设计随着现代工业技术的不断发展，数控技术已经成为了制造业领域中的重要组成部分，越来越多的数控机床被广泛应用于生产制造中。
数控机床的床身是其重要的动力学组成部分，因此床身的动力学分析与优化设计对于提高数控机床的生产效率、降低生产成本甚至提高产品的质量都有着重要的作用。
床身的动力学分析：动力学分析是指床身在运行中的受力情况和变形情况的分析，采用有限元分析方法对床身进行建模。
在分析过程中，需要考虑机床的不同工况下的动力特性，如切削力、振动力等，同时考虑床身的材质和结构对应的刚度、耐疲劳性等因素。
通过数值计算得到床身的应力、应变、振动情况等关键参数，为其后续的优化设计提供依据。
床身的优化设计：将动力学分析结果作为基础，针对床身在机床生产过程中的实际情况，提出优化设计方案。
床身优化设计的目标是在保证床身结构的稳定性和刚度的基础上，尽可能地减小床身变形，降低机床振动，延长床身寿命并提高数控机床的工作效率。
优化设计的途径包括选择更适合的材料，改进床身的结构和工艺，优化加工工艺和降低生产成本等。
此外，在设计过程中需充分考虑能源效率与环境保护，提高机床的制造质量与性能，为推进制造业的可持续发展创造条件。
总之，床身的动力学分析与优化设计是数控机床制造中必不可少的一项工作。
通过严格的动力学分析和合理的设计优化，能够极大地提高数控机床的生产效率，降低生产成本，提高制造质量，推动制造业的可持续发展，进一步构建“中国制造2035”的国家战略。
数据分析是一种重要的分析方法，通过数据分析可以有效地发现数据的规律和特征，在业务决策、市场分析、资源策划等方面起到了重要的作用。
以下是一个示例：假设某企业在过去一个月内销售了X款产品，从销售数据中提取以下数据：产品名称 | 销售数量 | 销售额 | 平均单价--------|---------|-------|-------产品1 | 3000 | 45000 | 15产品2 | 2500 | 75000 | 30产品3 | 1000 | 40000 | 40产品4 | 500 | 12500 | 25总计 | 7000 | 172500| 24.6从数据中我们可以看出，公司主要销售两种类型的产品，一种是价格较低，销售数量较多的产品(如产品1)，另一种是价格较高，销售数量较少但销售额较高的产品(如产品2)；同时，公司还生产了一些高端、紧缺产品(如产品3)，每个产品卖出的单价都较高，但是销售数量较少，销售额也不高。
立式加工中心动力学分析及结构优化研究
立式加工中心动力学分析及结构优化研究罗和平;汲军;杨赫然;穆士博【摘要】研究了通过机床的动态特性分析进行结构优化的方法,提出了一种新的优化设计方案.针对对机床整机模态特性和谐响应特性,在有限元分析软件中对机床动态性能进行了仿真.分析结果表明,主轴箱和立柱为机床敏感部位,因此使用有限元分析软件对主轴箱进行拓扑优化,并且为立柱增加筋板.根据优化结果重新设计机床主轴箱和立柱结构,将优化后与未优化的机床的分析结果进行对比,结果表明机床的动态性能得到明显改善,主轴箱各阶固有频率提高10％左右,机床整机固有频率提高4％左右,x方向上的响应峰值减少约2％.【期刊名称】《重型机械》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P31-35)【关键词】立式加工中心;主轴箱;模态分析;谐响应分析;拓扑优化【作者】罗和平;汲军;杨赫然;穆士博【作者单位】沈阳机床股份有限公司,辽宁沈阳110142;沈阳机床股份有限公司,辽宁沈阳110142;沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TH1640 前言数控机床加工精度与机床结构、材料、伺服驱动系统、数控系统、加工过程有着密切联系。
现代数控机床向着高速、高精度、高性能的方向发展，对机床的动态性能提出了更高需求。
因此对机床动态性能深入细致的研究是必要的。
机床的动态特性是由其自身的质量、阻尼、刚度以及外部激励共同决定的。
对机床的动态特性研究包括了模态分析，谐响应分析等分析。
其中机床模态分析得到的结果是后面分析计算的基石，通常根据机床动力学分析结果来对机床进行优化设计达到改善机床的动态性能的目的。
近些年国内有许多针对机床的动态特性的研究。
其中文献［1］中研究了机床振动的基本理论，机床动力学建模与动态性能优化设计的方法；在文献［2］中针对机床立柱的结构动力学分析提出了一个新的基于拓扑优化方法的立柱结构设计，有效的提高了机床的动态特性；文献［3］对机床床身和立柱在有限元软件中进行了谐响应分析；文献［4］、［5］中分别使用 Ansys workbench和ABAQUS对机床工作台和夹具进行了结构优化设计；在文献［6］中，针对板条状结构提出了基于变密度理论固体各向同性微结构材料惩罚模型法的拓扑优化设计方法并且证明了该方法的实用性；文献［7］中将拓扑优化的方法进一步的推广到更一般的多物理及多学科的问题求解中，使得拓扑优化设计在工程中得到更好的应用；文献［8］在Hypermesh中完成了机床横梁的轻量化设计；文献［9］、［10］中分别在Ansys和Abaqus中对超高速机床主轴和立式加工中心进行了模态分析。
高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析
高速龙门加工中心立柱静态设计与动特性分析高速龙门加工中心是一种高精密度、高效率的机床设备，其立柱是其结构的关键部件之一。
对于高速龙门加工中心的立柱静态设计及动特性分析，是保障机床精度和稳定性的关键步骤。
首先，要进行立柱的静态设计。
在立柱静态设计的过程中，需要考虑以下因素：1. 应力分析：通过应力分析可以确定立柱的形状和直径，以及立柱材料的选择。
要根据立柱所承受的载荷和工作条件来分析立柱的最大应力和变形程度，以确保其符合国家标准和机床的要求。
2. 刚度分析：在立柱刚度分析中，需要考虑立柱的强度、变形和稳定性。
强度要求立柱能承受最大载荷，变形率要尽可能小，以确保加工精度；稳定性要求在工作条件下的立柱不会产生强度变化和形变。
3. 疲劳寿命：要确定立柱的最大疲劳寿命，以确保机床运行的安全性。
其次，要对立柱的动特性进行分析。
立柱的动特性分析涉及到机床运转的稳定性、响应速度、切削稳定性、加速度和位置稳定性，由此需要根据以下几个方面来进行分析：1. 自然频率和阻尼：自然频率和阻尼是立柱结构的固有特性，是保证加工过程中机床稳定性的关键因素。
2. 模态：通过模态分析可以得到机床载荷、切削力的作用下，立柱在运动过程中的振动特性。
模态分析可以帮助设计师确定在加工过程中如何控制立柱的振动，以保证加工精度和处理工件的质量。
3. 加速度和位置变化：加速度和位置变化是影响机床工作精度的因素之一，对于高速龙门加工中心来说，需要控制立柱的加速度和位置变化，在加工过程中控制立柱的精度和工作效率。
4. 切削力：切削力是机床加工时承受的一种力量，会对立柱产生振动和变形，因此需要对切削力进行分析和控制。
综上所述，高速龙门加工中心立柱的静态设计与动特性分析是保障机床精度和稳定性的重要步骤。
设计师需要根据机床的实际情况进行分析和控制，以满足机床的加工工艺和工艺要求，从而提高机床加工的稳定性和精度。
假设我们需要研究消费者对某种产品的购买意向和市场规模，我们可以收集相关的数据并进行分析。
立式加工中心立柱动静态特性分析与拓扑优化_蒲凡
1
立柱模型的建立
图1 立柱结构实体模型
基于 Workbench 软件建立立柱模型可分为两步： 立柱实体模型的建立与有限元模型的建立 。 1． 1 立柱实体模型的建立 考虑到主轴箱通过滑块和丝杠与立柱直接相连 ， 对立柱这一支承件来说主轴箱作为其较大的集中质 量， 并且在工作过程中， 切削力是借助主轴箱的滑块 作用到立柱的 两 根 导 轨 上， 所以主轴箱对立柱的抗 、 弯 抗扭和固有频率等动静态特性有着较大影响。 为 了保证后续分析与优化过程中加载的准确性和方便 性， 将主轴箱模型也一并建出， 通过主轴箱进行力的 分析， 使得立柱的受力情况更符合实际 。 为提高建模效率， 使用 SolidWorks 软件建立立柱 结构实体模型， 然后， 利用软件间无缝连接的优势直 接导入 Workbench 中转化为有限元模型。 在建立三 维实体模型时， 为了有利于后续有限元分析的开展， 考虑到一些小特征对整体模型的动静态特性影响较 小， 故笔者对部分局部特征进行了合理的简化， 去掉 细小特征如倒角、 圆角及螺纹等。 简化后立柱结构实 体模型如图 1 所示。 1． 2 立柱有限元模型的建立 根据实际情况分析， 主轴箱位于立柱最上端极限
DOI： 10． 16731 / j． cnki． 1671 － 3133． 2017． 01． 014
Dynamic and static characteristic analysis and topological optimization for column of vertical machining center
： （ 1） （ 2）
f
K Mc
mm ； f 为 每 转 进 给 量 ， mm / 式中： d 为最大钻头直径 ， zFf、 yFf 分 别 为 钻 削 进 给 力 系 数 和 指 数 ； C Mc 、 r ； C Ff 、 K Mc 分 别 zMc、 yMc 分别 为 切 削 转 矩 系 数 和 指 数 ； K Ff 、 为进给力和转矩的修正系数 ， 一般情况下 ， 可取 K Ff 、 K Mc 为 1 。 将有关参数代入式（ 1 ） 、 式（ 2 ） 计算可得： 1． 2 0． 75 = 11 287N F f = 410 × 30 × 0． 36 M c = 0． 117 × 30 2． 2 × 0． 36 0． 8 = 92N·m 2． 1． 2 端铣工况下载荷分析 选 依据该立式加工中心在铣削工况下常用情况， 取端铣刀， 刀具材料为硬质合金， 工件材料为碳钢， 主 切削力 F c 可按下列经验公式 F c = 9 ． 81 × 789 ． 3 × a e 横向进给力 F x 为： Fx = 0． 3Fc 纵向进给力 F y 为： Fy = 垂向进给力 F z 为： Fz = 0． 5Fc mm； f z 为每齿进给量， mm / 式中： a e 为被加工表面宽度， mm； z 为铣刀齿数； d 为铣刀直径， z； a p 为切削深度， mm； n 为铣刀转速， r / min。 将相关参数代入公式计算可得： F c = 9． 81 × 789． 3 × 30 1． 1 × 0． 12 0． 75 × 16 × 6 × 50 － 1． 3 × 8 000 － 0． 2 = 6 552N F x = 1 966N F y = 5 323N F z = 3 276N 钻削两种典型工况下载 根据立式加工中心端铣、 荷分析结果表明： 端铣工况下载荷更加复杂， 并且各 向分力也比较大， 在端铣工况下对立柱进行动静态特 性分析， 更能全面反映立柱动静态性能。 72
数控立式车床立柱的有限元分析及优化
国外 研 究 机 构 在 机 床 结 构 优 化 方 面 开 展 了很
多研 究 ，美 国机 械 工 程 师 学 会 曾经 专 门 开 辟研 究 领域 ，进 行相关 的 可 以采 用有 限元软 件 来进 行参数
结 构设 计并 全面 优化 系统 的研 究 。国外 的高 校和 研
作为车床主要部件之一，立柱直接影响加工工件的精度和表面粗糙度。本文通过研究Ｏ ． Ｋ ５ １ ６ 型 数控 立式车床 的立柱 ，通过有 限元分析 ，开展优 化设计 ，以此提 高整体性 能。具体 工作 通过 实体 建模 ，通过有限 元分析得到 相对 应的位移和 应力 云图 ，之 后进 行模态分 析来研 究其静动
脉 冲 激 振 法 进 行 了动 态 性 能 的 研 究 ，得 到 了 振 型
图 ，并 提 出 了 改造 方 法 。华 东 理 工 大 学 的 刘 哲 丽 对Ｍｌ ９ ２ ０ 磨 床 结 构 开 展 了有 限 元 分 析 ，通 过 优 化 和 验 证 对 比试 验 ，验 证 了模 型 的 合 理 性 和 优 化 方 案 的 可 行 性 。 北 京 航 空 航 天 大 学 的 宋 晓 辉 ， 通 过 参 数 化 建 模 ，优 化 了ＸＫ７ １ ２ 数 控 铣 床 主 轴 箱 结 构 ，减重 ３ ０ ． １ ％，并 且增 加 了 系统 刚 度口 。
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訇 似
数控 立式车床立柱的有 限元分析及优化
Ｔｈ ｅ 竹ｎｉ ｔ ｅ ｅｌ ｅｍ ｅｎ ｔ ａｎａｌ ｙｓｉ ｓ ａｎｄ ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｈｅ ｖｅｒ ｔ ｉ ｃａｌ ｃｏｌ ｕｍ ｎ ｆ ｏｒ ＣＮ Ｃ ｖ ｅｒ ｔ ｉ ｃａＩ ｔ ｕｒ ｎｉ ｎｇ ｏ ａｃｈｉ ｒ ｎｅ
浅谈数控双柱立式车床升降机构异常噪声
浅谈数控双柱立式车床升降机构异常噪声摘要：随着我国工业化程度不断加深，新型工业化脚步不断加快，我国已经成为了国际上的制造大国。
在制造业中，机床是最为基础的生产设备，其技术水平体现了国家制造业水平的高低。
其中数控双柱立式车床是现代机床中十分重要的类别之一，已经广泛应用在交通、航空、能源等各个行业当中。
在数控双柱立式车床使用过程中必然会出现各种问题，其中横梁升降机构有时会产生一定的异常噪音，这一情况会影响产品的加工质量。
因此对这一问题进行研究分析是十分有必要的。
文章主要阐述数控双柱立式车床升降机构出现异常噪声的原因与相应对策。
关键词：双柱立式；升降机构；噪声处理引言在数控双柱立式车床制造技术和水平不断成熟的过程中，其在运行过程中必然会出现各类技术问题需要技术人员来妥善处理。
其中在横梁升降机构中出现异常噪音的情况给数控双柱立式车床的生产质量、操作者的工作环境带来了一定的负面影响。
因此在装配机床的过程中来对该问题进行研究能够改善数控机床的制造质量。
1.数控双柱立式车床主要结构1.1主要结构本文选择DVT630×40/100Q-NC数控双柱立式车床为例，对数控双柱立式车床的主要结构进行研究。
数控双柱立式车床主要由主传动机构、进给机构两部分组成。
主传动机构中机床的主传动主要是由110KW直流电动机进行动力给予，将二级齿轮变速箱与工作台相连接，使得机床实现两级机械变速，工作台的转速达到0.25-25r/min。
进给机构的水平与垂直结构均由交流伺服电机进行驱动，从而使得刀架在水平与垂直方向都能够实现无级调速、平稳移动。
1.2主要结构特性DVT630×40/100Q-NC数控双柱立式车床主要部分的结构主要包括龙门架、工作台、横梁等主要部件。
①龙门架：龙门架是由左右两边立柱进行连接的。
包括联接梁、横梁升降机，工作台底座以及左右立柱四个主要部分。
在其上方左右立柱处各有一个蜗轮蜗杆副的升降箱，其由中间的一个双伸交流电动机转动，再通过双丝杠传动进行上下运动控制；②工作台：工作台的主轴为短主轴结构，装有NN3092K/P4双列向心短圆柱滚子轴承，通过径向间隙的调整，保证其精度。
关于双立柱堆垛机结构分析与优化
关于双立柱堆垛机结构分析与优化摘要：双立柱堆垛机，它是立体仓库内部重要设备，伴随现代科技水平及生产效率等持续提升，对立体仓库总体性能方面提出更高要求，企业就需要对双立柱堆垛机总体结构予以合理优化，便于将立体仓库总体运行稳定性有效提升。
鉴于此，本文主要探讨双立柱堆垛机总体结构及其优化，旨在为业内相关人士提供参考。
关键词：堆垛机；双立柱；结构；优化前言：双立柱堆垛机，往往有着较大重量及力学性能明显过剩方面问题存在，对企业造成一定的困扰，迫切需对结构实施合理优化或改进工作。
因而，对双立柱堆垛机总体结构及其优化开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。
1、概述双立柱堆垛机双立柱堆垛机，属于自动化的立体仓库当中起重运输重要设备，依托于行走机构、升降机构、伸缩货叉、各种传感器以及WMS管理系统、WCS控制系统等结构和技术，达到搬运和存储货物的目的，货物搬运及其存取速度均相对较快，人工干预较少，仓库总体作业效率及其自动化实际程度可得到提升。
2、结构分析及其优化2.1静态分析某双立柱堆垛机额定载重为3000kg，升降机构及载货台各自的质量为250Kg、770Kg。
处于标准工况条件下，水平运作速度及其加速度分别为2m/s、0.3m/s2。
同时，升降速度及其加速度分别为0.3m/s、0.3m/s2。
选取Solid works将各项简化工作完成，把模型导入到Workbench当中。
借助Workbench软件当中Static Structural模块，获取此堆垛机总体变形云图，详见图1。
经分析了解到满载工况之下，此堆垛机总体结构最大的变形量是1.612mm。
结合国标现行设计原则，堆垛机总体高度≤10m条件下，静刚度值不可超过H/2000=3.7mm。
该双立柱堆垛机处于满载条件之下静刚度值是0.5432mm,未超出堆垛机当中可允许静刚度值标准，可满足于刚度要求[1]。
同时，其最大应力＜Q235可允许应力σ,=235 MPa,故载货台总体强度与实际要求相符。
大型双柱立车误差建模及分析
综 合运 动学数 学模 型 ， 时给 出了机床 误差 总体 矢量 图 。该数 学模 型可 包含机 床各 运动 轴 的几何 误 同
差、 热误 差 以及 切 削力导 致 的多项 误差 元素 。利 用误 差综 合模 型 ， 通过 对各项 误 差元素 求偏 导数 ， 并 分析 和 比较 了误差 元素 对加 工误 差的 影响 程度和 作 用 方式 。模 型 的建 立 和 误差 元 素 分 析为 机床 实 施误 差 补偿 以提高加 工精 度 ， 以及 设计 合理 测量 系统 以实 时监测 机床 工作 状态 ， 提供 了理 论依 据。 关键 词 ： 双柱 立车 误 差建模 多体 系统理 论 中图分 类号 ： Ｈ１ １ Ｔ ６ 文 献标 识码 ： Ｂ
Ｅｒｏ ｙ ｔ ｅ ｉ ｍｏ ｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｆ ｒｈ ａ ｙ ｄ ｔ ｒ ｒ ｎ ｈ ｓｓ ｓ ｄ ｌ ｄ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｖ － ｕ ｙ ＣＮＣ ｏ ｂｅ ｃ ｌ ｍｎ ｖ ｒｃ ｌａ ｈ ａ ｄ ｕ ｌ ｏｕ ｅ ｔ ａ ｔ ｅ ｉ ｌ
Ｌ ｅ ｇ，ＹＡＮＧ Ｊａ ｇ ｏ， ＨＡＮ Ｙｉ ＩＦ ｎ ｉｎ ｕ Ｚ Ｇ
等
・５・ ５
设计与研究 Ｄｉａ ｓｒ ｅｎｎ ｅａｈ ｓ ｄｅ ｇ Ｒ ｃ
机 床 的主要误 差源 ， 然后 列 出各运 动部 件 的 差 元素 。
２ １ 误 差源 分析 ．
影 响机床 加工 精度 的误 差源 主要 有 ：Ｌ， 差 、 Ｊ １误 ＇ ｉ ｆ 热 误差、 载 、 负 切削力 以及 各种 控制 误差 等 。儿何 误差 产 生 的根 源是 机床 部件 的加 工 缺 陷及 装 配 误 ， 尺 寸 如 偏 差 、 何形 状偏 差 以及 轴线 未 对 准 等 。热 误差 是 由 几 于机床 内外 存在诸 如 电动机 、 削热 、 承 、 切 轴 冷却液 、 周 围环境 等 热源 和热 流传 动 ， 样 各 部 件 由于 热膨 胀 及 这 膨 胀 系数差 异导 致相 互 之 间 位 置精 度 发 生 改 变 ， 别 特 是对加 工 精 度 的影 响 占主 导 的 部 位 发 生 形 变 。在 负
龙门加工中心立柱静力学分析与结构优化设计方法
龙门加工中心立柱静力学分析与结构优化设计方法丁长春;殷国富;方辉;徐德炜【摘要】Solidworks 3D design and ansys softwares are adopted to make 3D model and steatic analysis of the column of the Gantry machinze. Tle deformation stress and strain of the column are given under the gravity and cutting force. Then.the suggestion of improvement of the column is advanced. The static mechamical performance is improved greotly and the stress is redfuced greatly.It is the basis to improre the precision of he Gantry machine.%集成应用solidworks三维软件和ansys有限元分析软件,建立了大型龙门加工中心立柱的三维模型和静力学分析模型,通过有限元计算得到了立柱在重力和切削力作用下的变形、应力和应变分布,根据相应分析结果提出了机构优化方案,改善了该型龙门加工中心立柱的静态力学性能,为提高该型加工中心的加工精度稳定性提供了技术手段支持.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】2页(P3-4)【关键词】立柱;静力分析;变形量;优化设计【作者】丁长春;殷国富;方辉;徐德炜【作者单位】四川大学,制造科学与工程学院,成都,610065;四川大学,制造科学与工程学院,成都,610065;四川大学,制造科学与工程学院,成都,610065;四川长征机床(集团)有限公司,自贡,643020【正文语种】中文【中图分类】TH121 引言龙门加工中心立柱主要用于支承横梁、导轨等部件，是大型龙门加工中心的重要组成部分，它的强度、刚度性能直接影响整机的加工精度、抗振性、切削效率和寿命。
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（ ①Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ
学方 程 ； 然后 对 动力学 模型 结构 进行优 化设 计 ， 主要 以壁厚 、 筋 板厚度 、 筋 板 间距为优 化 变量 ； 最终 对 改进 后的 立柱进 行分 析 ； 并对立 柱改进 前 后的动 态特 性 进行 对 比分 析 ， 运 用 模 态 实验 进行 合 理 性 验
证， 达 到立柱 轻 量化设 计 的 目的 ， 为 同类零 部件 的生产 ｊ ｊ ￣ － ｒ － 提供 理论 依据 。
Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ０ ９ ， Ｃ Ｈ Ｎ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｐｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｔ ｒ ｏ ｆ ＣＮＣ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｌ ｕｍｎ ｖ ｅ ｔｉ ｒ ｃ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｈ ｅ ． Ｗ ｈｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｔ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ
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大型 数 控双 柱 立 车 立 柱 动 力学结 构分 析 与 优 化 术
吕冬 梅 ① 韩 江②
（ ① 安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ５ １ ； （ 合肥 工业 大学机械 与汽车 工程 学院 ， 安徽 合 肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ）
摘 要 ： 立柱是 数控 双柱 立车 的重 要支撑 件 ， 其结构 设计 是否 合理及 其 静动态 特性 的 高低直 接影 响机床 的 加 工精 度和 寿命 。文章 通过 有限 元分析 得 出立柱 的各 阶 固有 频 率和振 型 ： 并根据 虚功 原理 得到 其动 力
Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｈｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ５ １ ，Ｃ Ｈ Ｎ；（ ￣ ） ｌ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，
关键 词 ： 立柱 ； 虚功原 理 ； 有 限 元分析 ； 模态 分析 ； 结构 优化 ； 轻量 化设 计 中图分类 号 ： Ｔ Ｇ７ １ ４ 文 献标识 码 ： Ａ
Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ＣＮＣ
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