数控机床立柱结构有限元分析与优化设计研究
数控机床关键结构件的优化设计
数控机床关键结构件的优化设计摘要数控机床关键结构件的优化对于提高数控机床的设计效率、改进机床的加工质量具有重要的作用。
通过对关键结构件的优化，不仅有效的改善机床的设计效率和质量，更对提高机床本身的动态性能，更对机床的加工精度有促进作用。
本文对机床结构件的尺寸优化、几何优化、拓扑结构优化三种优化技术各自所具有的特点进行分析，提出一种将此三种方法相结合的综合优化设计策略，达到理想的优化效果。
关键词数控机床；结构件；优化；拓扑结构随着加工制造业的飞速发展，对数控机床的加工效率和动态性能的要求不断提高，机床设备的各个结构件，只有不断的进行优化设计，才能够保证其对不同角度、不同要求的技术指标满足，从而达到结构重量的减轻，提高结构刚度，提高产品加工精度的目的。
传统方法上对数控机床的结构设计多是建立在以往的设计经验基础之上，这种经验设计的机床无论在性能上还是在整体的结构上都难以满足技术标准的要求，效果十分不理想。
对于高新数控机床来说，只有通过优化设计，才能从根本上保证机床的动态性能，提高机床工作相应的速度，提高加工质量。
机床结构件的优化方法中，以截面尺寸优化方法和几何优化方法运用时间较长，另外结构拓扑的优化方法在实现设计的新颖高效上也有自身独特的优势。
如果将三种方法的各自优势之处综合加以运用，建立一种结构件的综合性优化设计方案，必能获得更好的优化设计效果。
1 数控机床关键结构件的截面优化与几何优化采用截面优化的方法对数控机床关键结构件进行优化设计已经发展了较长一段时间，方法的运用已经比较成熟，此种方法是建立在制定的拓扑结构和几何布局的基础之上的。
取结构件的截面面积或者取结构件的截面厚度作为优化设计的变量，取最轻的结构重量，或者最大的结构刚度，也可以选最好的性能参数作为优化设计的目标函数。
在进行结构件的截面优化的过程中，其质量、刚度的矩阵都能够采取变量乘以常数阵的形式，因此在计算约束梯度方面相对比较简单。
对于结构件的截面优化设计来说，只需只要变量的代换适当，加上采用合适的方法进行变量连接，就能够达到提高优化效率的效果。
数控立式车床立柱结构有限元分析
数控立式车床立柱结构有限元分析摘要：数控立式车床作为机床的一种，在行业内有着举足轻重的地位，在机械制造行业竞争日益激烈的状态下，机床的加工效率，加工精度和加工稳定性就显得尤为重要。
立柱是数控立式车床的重要零件，其结构形式对机床的整体刚性有着重要影响。
本文主要论述立式车床中的立柱，应用有限元及拓扑优化法做结构分析和对比，为其设计方案提供理论依据，从而提高整机静刚性及加工精度。
关键词：数控立式车床立柱有限元分析结构优化0引言数控立式车床立柱结构的设计是否合理直接影响着机床整机精度及刚性，目前市面上的数控立式车床常见的立柱形式主要有两种，分别是人字形立柱和一字形立柱[1]。
首先采用Solid works三维建模软件建立以上两种立柱的简化三维模型，通过Solid works软件的Simulation插件对立柱进行有限元分析及拓扑优化。
有限元分析及拓扑优化法就是在特定的设计空间，载荷，边界条件的前提下，寻求材料的最优分布，是目前行业最普遍采用的分析方法[2]。
采用以上方法对立柱进行网格划分，模拟立柱实际状态，从而分析两种立柱的静刚性，对比数据，得出结论。
1立柱三维模型建立立柱的结构和加强筋型较为复杂，采用Solid works软件进行三维模型建立，考虑到某些结构特征在分析时对结果影响不是很明显的前提下，可以尽量简化模型，但必要特征不应简化，由于圆角和螺纹孔对后续有限元分析的网格划分有较大影响，再创建模型时，尽量少用圆角。
如果必须加孔，可以用光孔代替螺纹孔，过多的圆角和螺纹孔大概率会加大分析时长，浪费时间，而且非常容易出现分析错误[3]。
为了确保数据结果的一致性，在建模时应该保证与三维实体模型的一致性，人字形立柱和一字型立柱的尺寸大小规格相同。
2静应力有限元分析模型建立有限元分析的一般步骤是确定材质，设置连接方式，受力分析，网格划分和运行结果。
立柱的材质一般选取灰铸铁HT300,是铸件常用的材料之一。
由于灰铸铁材料本身易于铸造，有良好的耐磨性和减震性，易于加工，而且价格相对便宜，性价比高，是机床大件的不二选择。
基于有限元分析的单立柱堆垛机结构优化与改进
文章编号:1001-2265(2010)09-0083-03收稿日期:2010-02-14*基金项目:国家自然科学基金(50875118);甘肃省科技重大专项(0801GKDA052)作者简介:郑玉巧(1977 ),甘肃庄浪人,兰州理工大学助理研究员,硕士,主要研究方向为成套设备及自动化,(E -m ail)734872926@qq .co m 。
基于有限元分析的单立柱堆垛机结构优化与改进*郑玉巧,黄建龙,赵荣珍,张淑珍(兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室,兰州 730050)摘要:针对单立柱堆垛机结构受力复杂,刚度要求高等特点,文章运用有限元分析方法对单立柱堆垛机进行建模及静力学分析,并对单立柱堆垛机截面尺寸进行优化设计,使优化后立柱刚度提高40%左右,达到了在安全范围内降低了制造成本,提高了堆垛机的工作性能和使用寿命。
关键词:堆垛机;有限元方法;静力学分析;结构优化中图分类号:TP203 文献标识码:ABased on t he F i n ite Ele m ent Analysis of Single M ast Stack crane Struct ureOpti m ization and I m prove m entZ HENG Yu qiao ,HUANG Jian long ,Z HAO Rong zhen ,Z HANG Shu zhen(Key Laborato r y of D i g italM anufacturi n g Techno logy and App lication ,the M inistry o fEducati o n ,Lanzhou Un i v .of Tech .,Lanzhou 730050,China)Abst ract :A ccording to the characteristics o f sing le p illar stacker str uctural co m plex ity and high rig i d ity re quire m en,t In this paper ,the finite e le m ent m ethod (FE M )is app lied to analyze statics of si n g le m ast stack crane ,and the section size o f si n g l e m ast stack crane w ere opti m ally desi g ned .A fter the opti m iza ti o n ,Columns stiff n essw ere i n creased by 40%,Safety w ithin t h e production cost is atta i n ed and the w ork i n g perfor m ance and serv ice life o f stacker are i m proved .K ey w ords :si n g le m ast stack crane ;fi n ite ele m ent m ethod;statics ;struct u re opti m izati o n0 引言堆垛机是自动化立体仓库最重要的搬运设备,是实现物资流动的的载体,它在高层货架巷道中往返运行,将货物存入或取出,从而实现物资的流动。
大型数控车床床身结构的有限元分析
大型数控车床床身结构的有限元分析数控车床是一种高精度、高速、高自动化的机械设备。
其关键部分是床身结构，在高精度切削加工过程中承担着不小的负荷，因此对于其结构的优化设计至关重要。
本文将通过有限元分析对数控车床床身结构的强度和刚度进行优化设计。
一、有限元分析的基本概念有限元分析是求解强度、振动、热力学等问题的一种重要方法。
有限元方法将一个复杂的结构分割成有限个单元，每个单元可以看作是一个简单的结构，可以通过计算单元内各个点的力和位移，得到整个结构的力和位移的分布情况。
在有限元分析中，要首先进行预处理，包括建模、离散化和求解算法的选择等步骤。
然后进行求解过程，通过解出各个单元的刚度矩阵和外载荷矩阵，再根据边界条件组成总刚度矩阵和外载荷矩阵，最终求解结构中各点的位移和应力等参数。
最后进行后处理，对计算结果进行分析和优化。
二、建立数控车床床身的有限元模型在进行有限元分析之前，需要建立数控车床床身的有限元模型。
床身结构可以分为两部分：主床身和副床身。
主床身是床身的主要承载部分，唯一支撑和固定主轴箱和刀架；副床身是连接两端的连接体，起连接两端床身和承受工件切削力的作用。
我们分别对主床身和副床身进行静力学分析，求解其强度和刚度。
三、床身结构的静力学分析床身结构主要受到外部力荷载和自重荷载的作用。
基本的受力情况如下：1. 主轴箱在切削时产生的切向力和径向力。
2. 刀架的重量产生的自重荷载。
3. 工件在切削时产生的切向力和径向力。
由于车床的高速旋转的特殊性，其受力情况十分复杂，难以通过简单的解析法求解，因此需要运用有限元分析的方法。
四、床身结构的优化设计基于前面的有限元分析结果，我们可以得到数控车床床身的强度和刚度情况。
若发现床身结构在受到切削载荷时强度不足或刚度不够，我们可以对床身结构进行优化设计，包括优化结构形状，材料选型等方式。
例如，我们可以通过增加床身的内部加强支撑件、合理改变断面的形状、优化床身连接部位的刚性等方式，提高其整体刚度和强度。
成形铣齿机床立柱筋板结构优化设计_周自阳
3 立柱筋板结构比较
提出四种不同的立柱筋板结构并与原井字筋立柱结构对 比， 如图 2 所示。设定四周壁厚为 35mm， 筋板厚度 35mm。立柱 弹性模量 210GPa； 泊松 使用的材料为灰铸铁； 密度 7800kg/m3； 比 0.3。采用自由网格划分并对这五种不同筋板结构的立柱进行 为了使评估的结果直观简便， 提出以下性能指标要求[7]： （1 ） 由于立柱载荷一定， 刚度指标可以转化为变形指标; （2 ） 为了使实际变形数值更加明显， 不单独考虑横向与垂向 的变形， 而是考虑综合变形， 且只考虑竖直导轨上最大的节点位 移。 因此最终评价指标为： δmax 及 1/ （δmax · m ） δmax—滑块上节点最大静态位移； 式中： m—结构质量。 （4 ） 静力分析。
X1叟0.5 X6叟0.5 X2叟0.5 X7叟0.5 X3叟0.5 X8叟0.5 X4叟0.5 X9叟0.5 X5叟0.5 X10叟0.5
（3 ） 约束条件： σmax燮 ［σ］ ； εmax燮 ［ε］
X9Biblioteka X10No.11 Nov.2012
机械设计与制造
151
约束条件为立柱在受静载的时候任意一点的最大变形量小 于材料所承受的极限变形量。立柱所使用的材料为灰铸铁， 采用 其抗拉强度为最大许用应力， 即 ［σ］ =σb； 根据弹性模量公式 E = σ， 可以得知 ［ε］ ＝σ ， 取 E=210GPa。所以， 约束条件可定为： ε E σmax燮200MPa； εmax燮0.095mm
原立柱模型 原立柱模型优化 新井字筋立柱 新井字筋立柱优化 一阶固有频率 119.85 122.48 132.81 135.25 二阶固有频率 三阶固有频率 140.47 229.83 136.88 228.35 141.04 232.79 138.14 234.65
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。
基于有限元分析的结构设计与可靠性优化研究
基于有限元分析的结构设计与可靠性优化研究现代工程设计中，在设计一款产品或建造一座建筑物时，结构设计的可行性和可靠性是其中最重要的要素之一。
有限元分析（FEA）是一项适用于各种工程领域的计算方法，它可以通过离散化区域并将其转化为有限个元来计算结构的性质。
这种技术可以帮助设计师和工程师设计更加复杂而可靠的结构。
本文将讨论基于有限元分析的结构设计和可靠性优化。
1. FEA的基本原理有限元分析是一种数值方法，它将连续体分成有限数量的元素和节点。
在这种方法中，元素可以是三角形、四边形或各种形状的多边形。
连续的物体模型被划分成这些离散化的元素，每个元素都有自己的材料属性和几何属性。
解析器将这些元素的属性计算出来，以获得整个模型的特性。
为了进行有限元分析，必须遵循以下步骤：（1）建立模型：建立一个三维物体模型，并将其分解成各种元素。
（2）网格划分：使用结构网格将模型划分成有限数量的元素。
（3）材料属性：指定每种元素的材料属性，如弹性模量和泊松比等。
（4）约束条件：在节点处设置约束条件来模拟真实的情况，如禁止运动、运动方向、受力方向等。
（5）加载条件：在节点处设置加载条件来模拟外来力的作用，如重力、载荷等。
（6）求解：计算出每个元素中的物理量，并将结果汇总到整个模型中。
2. FEA在结构设计中的作用结构设计是制造新产品或建造新建筑时最重要的步骤之一。
因为一个好的结构设计可以确保产品或建筑物在使用过程中具有足够的强度和稳定性，这从而可以达到产品或建筑的预期寿命，为客户提供更好的体验。
有限元分析可以为设计师和工程师提供更准确的数据和模型，以便更好地了解哪些元素需要进行加强或调整，来确保产品或建筑的结构可行性和可靠性。
例如，在汽车制造中，有限元分析可以帮助设计师和工程师确定车身的强度、抗冲击能力和振动性能等特性。
在建筑设计中，FEA可以用于模拟不同承重限制下的各种场景。
例如，工作室可能希望进行模拟，以确定如何使高层建筑的地震性能最佳。
基于ANSYS的CK6136数控车床的有限元分析及优化设计
基于ANSYS的CK6136数控车床的有限元分析及优化设计概述数控车床是一种用来加工各种金属和非金属材料的机床。
通过对其结构进行有限元分析，并进行优化设计，可以有效提升其性能和可靠性。
本文将基于ANSYS软件对CK6136数控车床进行有限元分析及优化设计。
有限元分析有限元分析是一种数值计算方法，可以通过将结构离散为有限数量的单元，通过求解单元间的力学关系，得到整个结构的应力、应变等信息。
在对CK6136数控车床进行有限元分析时，可以按照以下步骤进行：1.建立模型：使用CAD软件建立CK6136数控车床的三维模型，并导入ANSYS中进行后续分析。
2.确定边界条件：根据实际情况，确定数控车床模型的边界条件，包括约束边界和荷载边界。
3.网格划分：将数控车床模型进行网格划分，将其离散为有限数量的单元，以便进行求解。
4.材料特性：对数控车床模型中的不同部件，设置相应的材料特性，包括弹性模量、泊松比等参数。
5.求解和分析：通过ANSYS进行求解，得到数控车床的应力、应变分布等结果，并进行分析。
优化设计在进行有限元分析的基础上，可以对CK6136数控车床进行优化设计，以提升其性能和可靠性。
优化设计的具体步骤如下：1.设计变量确定：根据数控车床的具体特点和设计要求，确定需要进行优化的设计变量，如刀架结构、主轴轴承等。
2.设计空间确定：根据设计变量的范围和约束条件，确定设计空间。
3.目标函数确定：根据优化目标，确定相应的目标函数，如最小化应力、最大化刚度等。
4.约束条件确定：根据设计要求和约束条件，确定相应的约束条件，如最大应力不超过其中一临界值等。
5.优化算法选择：选择合适的优化算法进行求解，如遗传算法、粒子群算法等。
6.优化求解：通过调整设计变量的取值，使用选定的优化算法进行求解，得到最优解。
7.结果分析：对优化结果进行分析，包括对最优解的解释和结构性能的评估。
总结本文基于ANSYS软件对CK6136数控车床进行了有限元分析及优化设计。
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。
基于ANSYS Workbench的双立柱堆垛机结构分析及优化
数控外圆磨床床身的有限元分析与优化
(b)床身变形云图 图5 优化后床身的应力和变形云图
11
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 精密制造与自动化
模型名称：原始床身 算例名称：原始床身模态分析 图解类型：频率 位移 1 模式形状：1 数值=237.61 Hz 变形比例：1.398 16 URES (mm) 2.243e+002 2.056e+002 1.869e+002 1.682e+002 1.495e+002 1.308e+002 1.122e+002 9.346e+002 7.477e+001 5.608e+001 3.738e+001 1.869e+001 0.000e+000
1.3
边界条件的定义和载荷的加载 床身通过12个垫铁放置在地基上，在前床身上 有头架、尾架和工件，在后床身上有砂轮架和垫板。其 中： 头架为400 kg； 尾架为200 kg； 工件为150 kg； 砂轮 架和垫板为1 500 kg。 因此，在机床未工作时，机床床身仅受到头架、 尾架、工件、砂轮架和垫板的重力。由于工件由 头、尾架顶持，因此作用在头、尾架的工件重力 为其重力的1/2， 砂轮架和垫板作用在后床身的重力 为14 700 N，头架作用在前床身重力为4 655 N，尾 架为2 695 N方向均为Y轴的负方向。 1.4 应力和应变结果 运行simulation模块，进行有限元分析求解，提 取计算结果，可以查看到整个床身的应力、变形结
(c) 三阶振型
模型名称：原始床身 算例名称：原始床身模态分析 图解类型：频率 位移 4 模式形状：4 数值=281.18 Hz 变形比例：0.911 296 URES (mm) 3.129e+002 2.868e+002 2.607e+002 2.347e+002 2.086e+002 1.825e+002 1.564e+002 1.304e+002 1.043e+002 7.822e+001 5.215e+001 2.607e+001 0.000e+000
机床重要部件的有限元优化设计
机床重要部件的有限元优化设计文章简单介绍了有限元分析的发展和相关概述，并以某电解加工机床为例，用有限元分析软件ANSYS进行了相关分析。
标签：机床重要部件；有限元；优化设计1 有限元分析法概述在工程技术研究之中，有很多场的问题和力学问题，在解決这些问题时，如果只是使用一些微分方程或微分方程组来解决这些问题，得到的结果的精确度不能令人满意，这时我们需要采用比较精确的数值计算来求得满足工程技术需要的近似解。
目前工程技术领域主要的数值计算方法包括有限单元计算法和有限差分计算法。
有限差分法处理的工程问题都比较简单，对于一些较为复杂的工程计算问题，采用有限单元法比较有效。
有限单元法在使用一些公式的基础上将初始条件下和限定条件下的微分方程转化为代数方程采用矩阵计算的方法，最后借助高速计算机计算出合理的结果。
由于使用该方法比较方便快捷，目前，有限单元法是工程技术计算时使用最为广泛的一种方法。
有限单元法的基本思想是通过描述一些单元和节点，将复杂连续的数据结构划分为几个有限的小的计算单元，通过这些单元的有效组合求解出满足初始条件和限定条件的最优解。
这种先将整体计算分为小的计算部分，在将各个小的计算单元积分起来的计算方法就是有限单元法。
具体的来看，运用有限单元法分析某一个具体的工程问题时，要先将这样一个大的计算问题分割为一个一个比较小的计算单元，其次，在满足相关初始条件和限定条件、材料特性、工程荷载量的基础上求解非线性和线性方程组，从而得到相应的应力、位移、力度、应变等计算结果，最后运用计算机将该结果通过图片或表图等形式表现出来。
从数学的角度来看，有限单元法是将连续的求解域分解成几个有限的计算单元，并在每一个单元里面设定一定数量的节点从而可以将该求解域当作是由一个一个的小的计算单元连接起来的数据计算的集合体，同时以函数的节点值当作未知量，在每一个计算单元中预先假设一个相识的函数来表示求解域中函数分布的具体规律，然后根据已知的条件建立以求解节点中这些未知量的有限元方程组，通过这样的转化缩小所求解的未知量范围，将一个无线未知数的难题转化为一个离散域中的自由度有限的问题。
卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计
边界条件的确定是利用有限元方法进行静动态 特性分析的重要内容。边界条件包括约束边界条件 和载荷边 界 条 件。 在 静 力 分 析 中，可 对 立 柱 安 装 滑 块的四个 面 上 施 加 固 定 约 束 来 仿 真 实 际 的 约 束 情 况。切削力与 刀 具 类 型、工 件 材 料 等 有 关，根 据《金
0 引言
加工中心是用于加工箱体类零件的一种通用性 很强的切削 加 工 机 床，它 可 以 对 箱 体 类 零 件 进 行 平 面铣削、曲 面 铣 削、钻 孔、扩 孔、攻 丝、绞 孔，镗 削 加 工，甚至可 对 工 件 进 行 形 状 和 位 置 公 差 测 量［1］。 加 工中心的出现是制造技术发展过程中的一个重大突 破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。
图 3 立柱变形云图
图 4 立柱应力云图
由图 3 可知，立柱的最大变形量不到 3μm，并且 发生在立柱的顶部，而不是与主轴箱接触的导轨上， 故刀具上的变形要远小于 3μm，而且加工中心实际 工作过程中，精加工的切削载荷明显小于实验载荷， 同时可以通 过 改 善 切 削 参 数 来 提 高 切 削 精 度，所 以 立柱的变形量在许可范围之内。由图 4 可知，立柱
图 1 卧式加工中心实体模型
卧式加工 中 心 为 移 动 立 柱 型 结 构，主 要 适 用 于 加工箱体类零件。滑台沿着床身运动实现 X 向运 动，主轴箱沿着立柱运动实现 Y 向运动，立柱沿着滑 台运动实现 Z 向运动。加工中心顶部安装有直线式 刀库，可快速换刀，实现工件孔系的高效加工。立柱 是该卧式加 工 中 心 的 关 键 连 接 部 件 和 承 载 部 件，其 静动态性能将影响加工中心的加工精度。
立柱存在对应于其固有频率的无限多个模态， 高阶模态在振动中起的作用较小。根据分析精度要 求，模态分析主要集中在影响较大的低阶模态上［7］。 利用 ANSYS Workbench 对立柱进行模态分析，前处 理与静态结构分析相同，且不加载荷，得到其前四阶 振型图，如图 5 所示。
建筑结构有限元分析及优化研究
建筑结构有限元分析及优化研究建筑结构是一个非常复杂的领域，有时需要借助计算机模拟来分析和优化建筑结构。
在这篇文章中，我们将重点讨论建筑结构的有限元分析及优化研究。
1. 有限元分析的概念和应用有限元分析是一种数值分析方法，用于求解不同工程、物理、力学和其他科学领域中的复杂问题。
它是解决数值模拟问题的重要工具之一，特别适用于三维结构建模和复杂非线性问题的数值模拟。
其原理基于将研究领域分割成许多有限的小部分，称为有限元，进行计算和分析。
在建筑学中，有限元分析广泛应用于研究建筑结构的受力、变形、安全性、稳定性和性能等问题。
有限元分析可以模拟不同载荷下结构的行为，预测结构的性能，指导设计人员进行优化设计和改进。
2. 有限元分析的步骤和技术细节有限元分析的流程包括建立有限元模型、运用力学原理建立方程、求解方程、评估结果以及优化设计等步骤。
在这个过程中，需要考虑的因素包括载荷、边界条件、约束、材料特性、算法、求解器和计算资源等。
建立正确的模型是有限元分析的关键。
通常模型从建筑的几何形态开始，使用一种建模软件将其转化为有限元模型，以及添加设备、支撑柱和其他材料。
与模拟不同的一点是，模型中的每个部分都必须转化为一组有限元，以便进行分析计算。
因此，在模型设计时，必须将建筑结构的复杂性因素考虑在内，以确保最终的结果准确和可靠。
另一个重要的步骤是确定所有的输入条件，如载荷，边界约束，材料特性等。
这些条件必须与实际情况相符，并添加到模型中以确保计算结果的准确性。
针对特定的问题类型和求解需求，可以选择不同的有限元技术，如静力、动力、线性、非线性等方法。
3. 有限元分析的实例和应用有限元分析在建筑工程中的应用非常广泛，涵盖了各种类型的建筑和结构问题。
下面列举几个模型分析的实例。
在土木工程中，有限元分析被广泛用于计算和评估不同载荷类型下的混凝土结构，如桥梁、建筑、地下隧道等。
该技术可以帮助确定不同负荷情况下结构的稳定性和承重能力。
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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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
数控改造机床床身有限元分析及结构优化设计
1292021年第8期工程设备与材料段 颖辽宁装备制造职业技术学院，辽宁 沈阳 110161摘 要：文章对经济型数控改造的床身进行了三维建模，通过ANSYS Workbench 软件对数控改造机床的床身结构进行了有限元分析，获得床身的前六阶固有频率及振型。
文章还对机床主轴箱内震源进行了计算分析，依据有限元分析结果，优化床身结构设计，在保证机床安全的基础上，对提高数控改造机床中的切削平稳性及新机床床身设计具有重要的意义。
关键词：数控改造机床；床身；三维建模；有限元分析；优化设计中图分类号：TG659文献标志码：A文章编号：2096-2789（2021）08-0129-03在机床的机械结构中，床身是重要的大型承载部件，起着支承机床其余零部件的作用[1]。
它的静动态性能的优劣关乎机床整体的综合性能，尤其对机床的加工精度、抗振性能等影响较大[2]。
在经济型数控机床改造中，为了降低改造成本，都会保留原有普通机床的床身，选择C6140数控改造机床的床身作为分析对象，并应用ANSYS Workbench 软件对C6140床身进行固有频率、振型分析。
另外，对床身整体结构进行重新改造设计，能保证数控改造机床的运动平稳性，优化切削加工性。
1 有限元建模关键技术1.1 模型建立与网格划分采用UG NX8.0软件对C6140床身创建三维模型。
对C6140车床床身进行必要的结构简化，简化后的床身模型如图1所示。
图1 机床床身简化模型运用UG NX8.0软件进行机床床身几何建模后，导入ANSYS Workbench 中进行网格划分。
采用网格尺寸控制方法，设置零件网格尺寸为30mm，划分后网格共有128284个节点、69677个单元。
C6140床身划分网格后的有限元模型如图2所示。
图2 划分网格后的床身模型（单位：mm）1.2 载荷与边界条件C6140车床床身材料选用HT200，材料属性如下：杨氏模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m 3。
有限元分析论文范文3篇
有限元分析论文范文3篇立柱整机有限元分析论文论文摘要：基于连续体ICM拓扑优化方法，提出了以体积为约束条件，机床的固有频率为目标函数的结构动态设计方法。
为提高拓扑优化的精度，在结构优化过程中，同时也考虑了非设计区域的动态特性。
将该方法应用到XH6650高速加工中心的立柱结构优化中，从而提高了机床的整机动态特性。
论文关键词：拓扑优化；动态设计；动态特性本文针对XH6650高速卧式加工中心进行了整机的CAD／CAE建模和模态分析，根据分析结果确定该加工中心的立柱对整机的动态特性影响最大。
因此，选择加工中心的立柱为对象，基于ICM(independent—continuousmapping)拓扑优化方法，对其结构进行拓扑优化，以通过提高立柱的动态性能来达到提高整机动态性能的目的。
针对立柱结构，文中以结构的固有频率为目标函数，体积为约束的优化模型，在模型的建立过程中，也考虑到了安装在立柱上的主轴箱对其动态特性的影响，把主轴箱用相同的质量块来模拟代替，这样得到的立柱的优化结果，将使整个机床的动态性能得到更好的改善。
1XH6650高速卧式加工中心的CAD/CAE模型与模态分析该加工中心主要结构件由机床床身、立柱、主轴箱、工作台等组成，如图1所示。
整机主要采用8节点单元Solid185对各零、部件进行网格划分，导轨结合面采用测试获得的动刚度和阻尼进行界面连接，螺栓结合面采用梁单元相连接，根据实际边界条件，对该模型中的床身底部进行约束处理。
最终得到整机有限元模型共有21．2万Solid185单元，如图2所示。
为确定加工中心主要结构件对机床动态特性的影响，对整机进行了模态分析，图3～图6是整机前4阶振型和对应的固有频率。
由模态分析结果可以看出，第1阶模态主要是立柱的左右向摆动，整机的振动模态频率为86．45Hz。
立柱和主轴箱等部件作为一个刚体在底座与工作台组成的基础件上部作横向摆动，主振系统是立柱和主轴箱。
因此，该振动频率取决于立柱和主轴箱的y向刚度与质量。
数控车床床身结构的有限元分析与优化研究
数控车床床身结构的有限元分析与优化研究数控车床床身是数控机床中的核心部件，其结构的刚度、稳定性和精度直接影响着加工质量和效率。
因此，通过有限元分析和优化研究数控车床床身结构具有重要意义。
一、数控车床床身结构特点及有限元分析方法数控车床床身通常采用铸铁、焊接或组合结构。
铸铁床身具有刚度高、稳定性好、精度高等优点，但存在加工难度大、热稳定性差、易变形等缺点。
焊接床身则可以根据实际需求进行灵活设计，但需要考虑焊接质量、热应力等因素。
组合床身结构则将铸铁和焊接等多种工艺结合起来，具有综合性能优点，但设计难度较大。
有限元分析是一种常用的数学方法，可以预测和优化物体的结构、性能和功能。
在数控车床床身结构的有限元分析中，需要进行以下几个步骤：1. 对数控车床床身进行三维建模。
根据床身的具体结构类型，采用相应的软件进行建模，如ProE、SolidWorks等。
2. 对床身进行网格划分。
将床身分成若干个小单元，每个小单元内部的结构、性质可以视为均匀的。
网格划分后，可以得到一个由许多小单元组成的三维模型。
3. 新增荷载和边界条件。
根据实际使用中的情况，添加力、重力、切削力等荷载，以及支撑方式、约束条件等边界条件。
4. 进行有限元分析。
根据模型和荷载和边界条件，使用有限元分析软件（如ABAQUS、ANSYS等）进行模拟和分析。
5. 优化床身结构。
根据有限元分析的结果，对床身结构进行优化设计，以达到更好的性能、刚度和稳定性等效果。
二、数控车床床身结构优化研究1. 材料选择优化。
床身的材料决定了其刚度、稳定性和热稳定性等特性。
通过对不同材料的有限元分析，可以获得最佳的材料选择结果。
例如，采用高刚性材料可以提高床身的刚度和抗变形能力，采用高热稳定性材料可以减小热变形。
2. 结构优化设计。
床身结构的合理性对于加工精度和效率有着重要的影响。
通过有限元分析和优化设计，可以获得更加合理、稳定的结构。
例如，通过增加加强筋、改变床身截面形状等手段，可以提高床身的刚度和稳定性。
结构优化在机械设计中的应用研究
结构优化在机械设计中的应用研究引言：机械设计是现代工程设计领域中的一个重要分支。
在机械设计过程中，结构优化被广泛应用，以实现设计目标并提高产品的性能和可靠性。
本文将探讨结构优化在机械设计中的应用研究，旨在提供一些有关优化设计的思路与方法，以推动机械设计领域的发展。
一、结构优化的背景与意义结构优化是一种通过改变结构形式和参数来提高力学性能和经济性的设计方法。
在机械工程中，优化设计能够最大程度地利用材料，减少重量并提高刚度、强度和稳定性，从而满足不同的设计需求。
随着计算机技术的发展和优化算法的不断改进，结构优化在机械设计中的应用变得越来越普遍。
二、结构优化的方法和技术1. 有限元分析：有限元分析是一种常用的结构优化方法。
通过离散化结构，建立有限元模型，利用有限元计算软件进行力学分析，可以获取结构的应力、应变和变形等参数。
基于有限元分析结果，可以进行结构形状和材料参数的优化设计，以满足相应的性能要求。
2. Topology optimization（拓扑优化）：拓扑优化是一种将固体结构设计为多种材料分布的优化方法。
通过在设计空间中调整材料的分布，结构的刚度和强度能够得到最大化。
拓扑优化在航空航天、汽车和机械制造等领域有广泛的应用，能够实现非常灵活的结构设计。
3. Shape optimization（形状优化）：形状优化是一种通过改变结构的外部形状来实现性能提升的方法。
通过优化外部形状，可以减少结构的应力集中、改善结构的流体力学性能或减小阻力。
形状优化在涡轮机械、风力发电机和汽车外壳等领域有广泛应用。
4. Size optimization（尺寸优化）：尺寸优化是通过改变结构的尺寸来实现材料的最佳利用和性能提升的方法。
通过改变结构元件的尺寸，可以实现结构的升级设计、减重和降低成本。
尺寸优化在机械工程中应用广泛，例如在飞机、汽车和建筑物等领域。
三、结构优化在机械设计中的应用案例1. 飞机翼结构优化：飞机翼结构优化是广泛研究的一个课题。