基于有限元的高速龙门五轴加工中心动静态优化设计

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超重型龙门式加工中心的结构设计与优化

超重型龙门式加工中心的结构设计与优化随着制造业的发展以及对加工精度和效率的要求不断提升，超重型龙门式加工中心作为一种重要的设备在工业生产中扮演着重要的角色。

本文将就超重型龙门式加工中心的结构设计与优化进行探讨，以满足高精度、高效率的加工要求。

超重型龙门式加工中心的结构设计是整个设备设计的关键，它直接影响到设备的性能和稳定性。

在设计时，需要充分考虑以下几个方面：首先，要充分考虑刚度和稳定性。

超重型龙门式加工中心在加工过程中需要承受较大的切削力和惯性力，因此结构需要具有足够的刚度和稳定性，以确保加工精度和表面质量。

在设计时，可以采用梁式结构，增加横梁和支撑柱的数量和截面尺寸，以提高整个结构的刚度。

其次，要考虑设备的负载能力和运动平稳性。

超重型龙门式加工中心通常需要加工较大尺寸的工件，因此结构需要具有足够的负载能力，以支撑工件的重量和加工力。

在设计时，可以采用双柱龙门式结构，增加纵梁和支撑柱的截面尺寸和数量，以增加结构的负载能力。

同时，还可以采用滚动导轨和滚珠丝杠等技术，以提高设备的运动平稳性和精度。

另外，要考虑设备的刚性和动态特性。

超重型龙门式加工中心在加工过程中会产生较大的振动和冲击力，因此结构需要具有足够的刚性和抗震性。

在设计时，可以采用箱型梁或闭式结构，增加结构的强度和刚性。

同时，还可以采用减震器和振动消除技术，以降低设备的振动幅度和噪音，提高加工精度和表面质量。

最后，要考虑设备的维修和保养便捷性。

超重型龙门式加工中心通常由多个部件和机构组成，因此在设计时需要考虑设备的维修和保养便捷性。

在设计时，可以采用模块化设计和标准化部件，以方便维修和更换。

同时，还可以加装传感器和监测装置，实时监测设备的运行状态，及时发现故障并进行维修。

除了结构设计，超重型龙门式加工中心的优化也是提高设备性能的重要手段。

在优化过程中，可以从以下几个方面进行改进：首先，可以优化加工工艺和刀具选择。

通过合理选择加工工艺和刀具，可以降低切削力和热变形，提高加工精度和表面质量。

基于能量平衡原理的机床结构动态优化

縉密an工廉检测技术I 2024年第3期Precision Machining and Testing Technology■基于能量平衡原理的机床结构动态优化刘江①王兆涛①阮业康②（①北京科技大学机械工程学院，北京100083；②中船重工武汉船用机械有限责任公司，湖北武汉430084）摘要:提出了一种基于能量平衡原理的机床结构动态优化的方法，通过提高机床部件能量分布的均匀性来提高机床动态性能。

以数控雕铳机龙门架的动态性能优化设计为例，对这一方法做了具体的阐述。

首先，利用有限元软件模态分析确定出部件危险模态的固有频率及振型;然后,根据能量分布确定出动能和势能集中的区域，再根据能量平衡原理对零件结构进行优化;最后，使用标准差对能量分布的均匀性进行评价,最终达到提高机床部件动态特性的目的。

关键词:动态特性;能量平衡;动能;势能;标准差中图分类号:TG502.31文献标识码:EDOI:10.19287/ki.1005-2402.2021.03.004Dynamic optimization of machine tool structure based on energy balanee principleLIU Jiang®,WANG Zhaotao①，RUAN Yekang®((DSchool of Mechanical Engineering,University o£Science and Technology Beijing,Beijing100083,CHN；②Wuhan Maring Machinery Plant Co.,Ltd.,Wuhan430084,CHN)Abstract:This paper presents a method of dynamic optimization of machine tool structure based on energy balance principle.The dynamic performance o£machine tool is improved by improving the uniformity of energydistribution of machine tool parts.Taking the dynamic perfonnance optimization design of gantry of CNCengraving and milling machine as an example,this method is expounded in detail.The paper firstly usesmodal analysis in finite element analysis software to find the dangerous modal,secondly identifies theconcentrated area of the kinetic energy and potential energy distribution,then optimizes the part structureon the principle of energy balance,finally evaluates the uniformity of energy distribution by standard deviation.The results prove that the dynamic performance of machine tool is improved by the better uniformity of energy distribution.Keywords:dynamic performance；energy balance；kinetic energy；potential energy；standard deviation高速加工机床作为现代车间柔性化生产的基本单元,不仅具有较高的生产效率和加工精度，还具备快速响应、快速移动的特点，因此,为其设计轻质量、低惯量及高刚性的部件就显得十分重要⑷。

高架桥式五坐标龙门加工中心整机动特性分析

高架桥式五坐标龙门加工中心整机动特性分析东南大学机械工程系　(210096)　倪向阳　张建润江苏多棱数控机床有限公司　(213012)　彭　文摘　要　基于试验识别机床各结合面参数,本文建立了机床整机有限元模型,并进行了静态、动态和谐响应分析,在此基础上找出机床结构的薄弱环节,为机床结构优化设计提供技术支持。

关键词　有限元建模　有限元分析　模态分析　谐响应分析　结合面在有关项目支持下东南大学与江苏多棱数控机床有限公司合作,开发大型高架桥式五坐标龙门加工中心,机床结构示意图如图1所示。

它主要用于航空航天工业中大型铝合金构件和复杂模具的高速、高效、高精度切削加工。

为保证该机床具有良好的动、静态特性,在设计阶段进行整机和零部件的动力学建模与动、静态特性分析,以确保机床具有良好的动态特性和优良的加工性能。

1.立柱;2.滑座;3.滑台;4.横梁;5.拖板;6.箱体;7.轴;8.电主轴架;9.电主轴图1　机床结构示意图对于这种大型机床的复杂结构,由于零部件装配结合面参数的不确定性,直接建立能描述结构动、静态特性的准确有限元模型是十分困难的[1]。

本文通过试验测试的方法识别出机床主要结合面参数,并应用到整机有限元建模中,得到了较准确的机床整机有限元模型,在此基础上进行机床动、静态特性分析,得到了可靠的分析结果[2][3]。

1　结合面参数识别与整机有限元建模1.1　结合面参数识别机床结合面是影响整个机床动、静态特性的关键,因此整机建模时结合面的参数正确与否,对整机有限元模型的建模精度具有举足轻重的作用。

本文针对影响整机建模精度的关键结合面———导轨副进行动态试验,识别出导轨结合面参数,把这些参数应用于整机建模,以确保整机的建模精度。

图2所示为测试系统示意图:测试时将滑台置于滑座上,由于滑座的质量远大于滑台质量,且滑座与滑台的刚度相对结合面刚度大得多,因此滑座与滑台系统可以近似为单自由度系统。

系统在各方向产生第一阶模态将由导轨结合面相应方向刚度单独决定,因此可以采用分量分析法来识别出该结合面参数[4]。

基于ANSYSWorkbench的大型数控龙门铣镗床床身静动态特性分析

第12卷第1期2012年1月1671—1815（2012）01-0180-05科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol.12No.1Jan．2012 2012Sci.Tech.Engrg.仪表技术基于ANSYS Workbench 的大型数控龙门铣镗床床身静动态特性分析张强1尹志宏1*张明旭2李晓园1徐凯1（昆明理工大学机电工程学院1，昆明650093；沈机集团昆明机床股份有限公司技术中心2，昆明650203）摘要对某大型数控龙门铣镗床床身的结构特点和受力情况进行了分析。

在此基础上以ANSYS12．1Workbench 为平台，用有限元方法对该床身进行了静力学和模态分析，并在不同约束条件下对比了床身的静力学变形和模态。

分析结果表明该机床床身静力状态下变形较小，低阶模态频率较高，符合使用要求；但结构较为厚重，优化空间较大，可进行进一步优化。

关键词床身有限元静力学模态中图法分类号TH123；文献标志码A2011年10月8日收到，10月20日修改第一作者简介：张强（1983—），山西人，男，硕士研究生，研究方向：机电系统动力学。

E-mail ：sxndzq@163．com 。

*通讯作者简介：尹志宏，（1962—），男，教授，研究方向：系统动力学。

E-mail ：yzh_kun@sina．com 。

近年来，随着科学技术的发展和计算机更新换代的加快，国内设计领域正在逐步由传统设计向现代设计过渡，这在机床行业表现的尤为突出。

目前，国内机床结构件的一般设计过程为：根据设计要求进行半经验半理论的传统设计，在此基础上完成三维CAD 绘图，然后对初步设计进行CAE 分析，进而根据分析结果进行再设计（优化）；如此反复，直至性能达到要求，最后进行制造。

在进行CAE 分析时，如何根据结构的不同特点选取与之匹配的现代设计方法、评价参数和分析软件对设计进行评价、为优化提供依据，从而有效提升产品质量，成为近年来研究的热点［1—4］。

龙门加工中心整机动静态分析及结构优化

由分析结果发现，滑枕的静强度与动态性能都较好，但根据加工中心整体结构，可发现其存在结构过长的现象，这一设计既增加了自身质量，缩短了行程，又加剧了刀尖变形趋势。滑枕结构改进前后对比如图６所示。修改前后行程增加２９０ｍｍ，质量减轻１２６ｋｇ。
由表３可知，该龙门加工中心的前两阶固有频率偏低，只有３０１７７Ｈｚ和３２５１５Ｈｚ，动态特性较差。４、５、６阶有密频现象。结合前面静力分析的结果可知：横梁、滑枕是其较为薄弱环节。这是由于该加工中心横梁ｘ向的刚度低以及滑枕长度过长，造成整机低阶固有频率偏低及总位移量较大。
２有限元模型建立
静力学分析中，网格划分采用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ三维实体单元Ｓｏｌｉｄ１８６，该单元为三维６面体２０节点的结
收稿日期：２０１４０５１１基金项目：人工智能四川省重点实验室科研项目（２０１３ＲＹＹ０３）；四川省教育厅重点项目（１４ＺＡ０２０９）；自贡市科技局项目（２０１３Ｊ１９）作者简介：杨海栗（１９８８），女，四川成都人，助教，硕士，主要从事结构设计及ＣＡＥ仿真分析研究，（Ｅｍａｉｌ）ｙｈｌｓｅａ３２４＠１６３．ｃｏｍ
龙门加工中心整机动静态分析及结构优化
杨海栗，田建平，胡勇，付磊，黄丹平
（四川理工学院机械工程学院，四川自贡６４３０００）
摘要：以ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ三维建模软件与ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ有限元分析软件为平台，建立龙门加工中心整机动静态分析模型，由分析得到整机在只受重力、以及重力与切削力同时作用这两种工况下的位移量数据及其相对变化量，得出整机的结构刚性及固有频率值，并综合分析结果提出滑枕及横梁的结构优化方案，通过结构改进减小整机变形量，提高整机加工精度，为加工时的误差补偿提供了理论依据。关键词：龙门加工中心；整机；静力特性；动力特性；结构优化中图分类号：ＴＰ３９１文献标志码：Ａ及整机可靠性，并针对薄弱环节进行结构优化，从而提高整机加工精度，并为加工时的误差补偿提供必要的理论依据。

大型龙门加工中心多目标优化设计技术

ｔｃｎ１ｇ，ｔｐｌｇｏｔｉａｉｎｔｃｎｌｇｅｈｏｏｙｏｏｏｙｐｉｚｔｏｅｈｏｏｙ，ｔｅｐｉｕｒｓｌｆｈｍａｈｎｏｌｔｕｔｒｍｈｏｔｍｍｅｕｔｔｅｏｃｉｅｔｏｓｒｃｕｅ
２ＳｈｎｎｏｒＷｏｋｏｐＣｏｐｒｔｎＳｈｎｙｎ０６・ｅｙａｇＢｌｗｅｒｓＧｒｕｒｏａｌｏｅａｇ１１８９，Ｃｈｎ）ｉａ
Ａｓｒｃ：ＵｓｎｃａｉａｂｔｔａｉｇｍｅｈｎｃｌＣＡＤ，ｔｅｆｉｅｅｅｅｔａａｙｉｔｅｎｌｇ，ｈｉｔｌｍｎｎｌｓｓｅｈｏｏｙｎ
ｏｈａｇ — ｃｅｇｎｒａｈｎｉｇｃｎｅｒｆｔｅｌｒｅｓａｌａｔｙｍｃｉｎｅｔ
ＭＵ — ｉｎ，ＣＡＮＧｎｇＤｅｑａｇＰｅ，ＸＩＹＨｎ。ａ１
ＹＡＮＧｕＧＵＡＮｎ～ｕＺＪｎ，Ｙｉｇｊｎ．ＨＡＯｎ。Ｙａｇ
ｍｕｔｏｊｃｉｅｏｔｉａｉｎｌｉｂｔｐｉｚｔ． — ｅｖｍｏ
０引言
龙门加工中心主要用于大型、大型零件的特加工，国防军工、空、天、舶、源、通是航航船能交
第３３卷第５期
２２年１０１Ｏ月
长春工业大学学报（自然科学版）
Ｖ０＿Ｏ１３３Ｎ．ｊＯｃ．１２ｔ２０

龙门五面加工中心横梁有限元分析及优化设计

变形曲线。据此可以得到导轨的变形补偿曲线，为
机床在切削加工时对导轨面变形进行补偿提供了可靠的依据。关键词：横梁；有限元；ＡＢＡＱＵＳ；结构优化；变形补偿中图分类号：ＴＨ１２２
文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ２２５７（２０１３）０６ —００３０一Ｏ４
法、最优化设计法应用于产品设计中，以确保设计的精确性与可靠性，提升横梁性能。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＡＢＡＱＵＳｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｄｏｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃａ —
ｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｇａｎｔｒｙｆｉｖｅ— — ｆａｃｅｍａｃｈｉｎｅｃｅｎ — — ｔｅｒ ’ Ｓｂｅａｍ．Ｔｈｅｎｔｈｒｏｕｇｈｕｓｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｔｈｅｏ — ｒｙ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅａｍｗａｓｏｐｔｉ — ｍａｌｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙｗｅｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅ — ｓｉｇｎｐｌａｎａｎｄｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ ’ Ｓｇｕｉｄｅｗａｙｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｅ — ｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ ’ Ｓｇｕｉｄｅｗａｙ．Ａｃｃｏｒｄ —

五轴联动加工中心主轴系统的结构优化

维普资讯
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五轴联动加工中心主轴系统的结构优化
佘洋 ’张建润 ’卢，，熹 ’孙庆鸿 ’彭，，文姚树健，
（．１东南大学机械工程系，南京２０９；江苏多棱数控机床股份有限公司，１０６常州２３１）１０２摘要：对五轴联动加工中心主轴系统进行动力学仿真分析，对原主轴系统的轴承支承系统和主轴结构进行了动态优化设计。对主轴前端的单排轴承的不足，出了双排轴承的设计方案。对于针提主轴结构，论文建立了以主轴前端动态变形最小为目标函数的优化模型，对主轴结构进行了优
电主轴套
动加工中心的主轴系统，原机床在主轴转速高于
８０ｒｎ削加工时振动剧烈，重影响了机床的００／切ｍｉ严
一
图１轴系统Ｃ主ＡＤ模型
在建立有限元数字化模型时，对原有模型进行些必要的简化，如省略小的倒角、沟槽等，同时
ห้องสมุดไป่ตู้
ＹＵＹｎ ’ＺＡＧｉｎｒｎ，ＵＸ’ ＳＮＱｉｇｈｎ ’ＰＮＷｅＹＯＳｈ－ａａｇ，ＨＮＪａ —ｕ ’ ＬｉＵｎ — ｏｇ，ＥＧｎ，Ａｕｊｎ，ｉ
（ｏｔｅｓｎｖｒｉ，ａｊｇ２０６Ｃｈｎ；２ＪｎｓｕｌｇＮｃａｉａＴｏＬｄ１ＳｕｈａｔｉｅｓｙＮｎｉ１９，ｉＵｔｎ０ａ．ｉｇｕＤｏｉｃＭｅｈｎｃｌｏｌｔ，ａｎＣａｇｈｕ２０，ｉａｈｎｚｏ１１Ｃｈｎ）３２

五轴联动立式加工中心结构设计

五轴联动立式加工中心结构设计简介作为难度最大、应用范围最广的数控机床技术，五轴联动立式加工中心在加工方面有着不可替代的优点：1) 能够加工一般三轴联动机床不能加工或者无法一次装夹加工完成的连续光滑的自由曲面。

例如航空发动机转子、大型发电机转子、大型船舶螺旋桨等，更多行业技术请关注微新机械公社圈由于五轴联动立式加工中心在加工过程中刀具相对于工件的角度可以随时调整，避免了刀具的加工干涉，因此五轴联动立式加工中心可以完成三轴联动机床不能完成的许多复杂的加工；2) 可以提高自由空间曲面的加工精度、加工效率和加工质量。

相对于三轴数控机床加工一般的型腔复杂的工件，工件一次装夹就可完成五面体的加工，并且由于五轴数控加工中心加工时可以随时调整位姿角，五轴联动立式加工中心可以以更好的角度加工工件，避免了多次装夹，大大提高了加工效率、加工质量和加工精度；3) 在零件加工过程中，大量的时间将消耗在搬运工件、上下料、安装调整等时间上，为了尽可能减少这些时间，五轴加工中心大量使用。

其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。

因此，五轴联动立式加工中心的重要作用使其成为当今数控工业发展的热点和重点。

五轴联动立式加工中心结构设计底座 1，在底座 1 的上部两侧分别设有左床身 12 和右床身 2，在左床身12 和右床身 2 的上部内侧分别设有 Y 轴重载滚柱线轨 3，一 Y 向运动的横梁 5 安放在Y 轴重载滚柱线轨 3上，左床身 12 和右床身 2 的上部两端分别设有第一马达座和第一尾端座，在第一马达座和第一尾端座之间分别设有 Y 轴丝杠 4，Y 轴丝杠 4 与横梁 5 螺母法兰面结合并通过Y 轴丝杠 4 驱动做 Y 向运动，在横梁 5 的上端面和左侧面设置有 X 轴重载滚柱线轨，在横梁 5的 X 轴重载滚柱线轨 7 上设有可 X 向运动的滑座 11，横梁 5 的左侧斜面上安装有第二马达座，横梁5 的右侧侧斜面上安装有第二尾端座，第二马达座和第二尾端座之间安装有 X 轴丝杠 8， X 轴丝杠 8 与滑座11 的底部螺母法兰面结合并通过X 轴丝杠 8 驱动做做 X 向运动，滑座 11 的内侧侧面上设置有Z 轴重载滚柱线轨 10，滑座 11 的前端上部安装有第三马达座，下部安装有第三尾端座，第三马达座和第三尾端座之间设有 Z 轴丝杠 15，Z 轴丝杠 15 与一机头 9 右侧螺母法兰面结合并通过Z 轴丝杠 15 驱动做 Z 向运动，机头 9 内的主轴孔内装有可高速旋转的电主轴 6，机头 9 的上端安装有气缸导向板 18，滑座 11 的上端安装气缸支撑板17，气缸固定板 17 上安装有气缸 16，右床身 2 和左床身 12 之间安装有带高动态特性力矩电机的双轴转台 14，底座 1 的后部且在右床身2 和左床身 12 之间的空腔内安放有刀库 13。

五轴联动加工中心主轴系统的结构优化

于８０ｒｍｉ削加工时振动剧烈，重影响了机床００／ｎ切严的性能，要对原结构进行改进，高其静力学、需提动力学性能，其满足设计的要求 ‘ 使 ¨ 。
２主轴系统的动力学分析
原主轴系统ＣＤ模型如图１示，Ａ主要由箱体、
网格，主轴系统的有限元模型如图３所示。
态占机床总位移的３％～０，０４％共振状态时则高达
６％一８％ … 。随着现代机床的主轴转速越来越００
高，切削深度越来越大，主轴系统的性能提出更高对的要求。本文研究的对象是我国自主开发的桥式五轴联动加工中心的主轴系统。原机床在主轴转速高
的所有自由度约束。图４５６是主轴系统的前三阶、、振型，其对应的频率如表１示。所
图１主轴系统ＣＤ模型Ａ
在建立有限元数学模型时，原有模型进行一对
些必要的简化，如省略小的倒角、沟槽等，同时考虑
（）５１ｌ２０２５３００Ｏ０５００００
１引言
采用等刚度的弹簧单元来仿真轴承与主轴之间的连
接。整个系统采用８节点３自由度的１５单元划分８
主轴系统是机床最重要的部件之一。在生产加
工过程中，由主轴系统振动产生的位移在非共振状

五轴加工干涉处理技术研究

14
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2012 年 2月第 33 卷第 1 期
图学学报
JOURNAL OF GRAPHICS
February 2012 Vol.33 No.1
复杂曲面五轴加工局部干涉处理技术研究
杜娟1，闫献国1ຫໍສະໝຸດ 田锡天2（1. 太原科技大学机电工程学院，山西太原 030024； 2. 西北工业大学机电工程学院，陕西西安 710072）
Local interference detection and avoidance in five-axis machining of complex surfaces
Du Juan1, Yan Xianguo1, Tian Xitian2
( 1. School of Electromechanic, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan Shanxi 030024, China; 2. School of Electromechanic, Northwestern Polytechnical University, Xi’an Shaanxi 710072, China )
Abstract: This paper presents a methodologymethod of an automatic detection and elimination of local gouging for five-axis complex surface machining with a fillet-end milling cutter based on the technique of curvature matching and grid points. Firstly, a diameter of milling cutter is chosen by complete curvature matching to ensure un-gouging at any cutter contact point along any direction, and the first inclination angle of cutter can be determined by comparing the minimum principal curvature of cutter with the maximum principal curvature at each cutter contact point. In order to detect if a rear gouging occurs at the adjacent domain of contact point, the grid points is employed to form detection area and candidate detection points. A method to choose valid detection points from candidates and the technology of detection and avoidance of local interference are presented in detail in this paper. Finally, the validity of proposed method and algorithms are testified by an example of non-uniform rational B-spline surface. Key words: five-axis machining; complex surface; local interference; curvature matching; grid points

基于OPTISTRUCT的龙门加工中心多目标优化设计

ｏｊｃｉｅｏｔｚｔｎｂｅｔｐｉａｉ．ｖｍｉｏ
０引言
龙门加工中心主要用于大型、大型零件的特加工，国防军工、空、天、舶、源、通、是航航船能交
冶金、械等国家重点企业的当家把关装备；机同时
作为工作母机，的加工精度将直接影响我国制它
造业的先进水平。Ｅ前，内的大型数控机床生ｔ国
产企业由于自身没有设计研究能力，们对大型他
收稿日期：２１－５１０１０ —３基金项目：吉林省科技厅基金资助项目（０９３６２００３）作者简介：赵扬（９６）男，１８一，汉族，宁沈阳人，春工业大学硕士研究生，辽长主要从事机械装备ＣＡＣＤ／ＡＥ及结构优化设计方向
中图分类号：１．Ｇ７８５文献标志码：Ａ文章编号：１７ —３４２１）４０２— ５６４１７（０１０ —３３０
Ｍｕｔｏｊｃｉｅｏｔｚｔｎｄｓｇｆｈａｔｌ—ｂｅｔｐｉａｉｅｉｎｏｅｇｎｒｉｖｍｉｏｔｙ
，
ｍｕｔｏｅａｉｎａｄｍｕｔｏｊｃｉｅｄｓｇｓｃｒｉｄｔｅｈｘｍｕｓａｉ— ｙａｃｓｉｆｅｓａｄｌｉｐｒｔｏｎｌ — ｂｔｅｉｎｉａｒｅｏｇｔｔｅｍａｉｍｔｔｃｄｎｍｉｔｎｓｎ — ｉｅｖｆ

5轴数控龙门铣床机械结构设计(毕业论文)

学海无涯苦作舟!轴数控龙门铣床机械结构设计摘要现在世界上很多发达的工业化国家在生产中广泛应用数控机床。

随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。

随着科学技术的发展，世界先进技术的兴起和不断成熟，对数控技术提出了更高的要求。

当今数控机床正在不断采用最新成果，朝着咼速化，超精度化，多功能化、智能化、系统化、网络化、咼可靠性与环保等方向发展。

本次毕业设计就是通过对5轴数控龙门铣床机械结构设计来加深对数控机床的了解。

通过本次毕业设计了解数控龙门铣床的机械结构，并对一些关键的部件进行校核。

并通过此次毕业设计熟练掌握一门三维绘图工具-Inven tor.关键词：滚珠丝杠，滚动导轨，五轴联动铣头, Inven tor.学海无涯苦作舟!A 5 AXIS NC MILLING PLANER MECHANICALSTRUCTURE DESIGNABSTRACTIn many adva need in dustrialized coun tries in the world now is widely used CNC machi ne in the product ion .With the rapid developme nt of electro nic tech no logy and con trol tech no logy, today's nu merical con trol system fun ctio n is very strong, and with the continuous development of numerical control tech no logy and applicati on field expa nds,it to some importa nt in dustry of the n ati onal economy and people's livel is playi ng a more and more importa nt role in the developme nt.With the developme nt of scie nee and tech no logy, the rise of the world's adva need tech no logy and matures, we put higher requireme nts on nu merical con trol tech no logy.Moder n nc machi ne tools Using the latest achievements , toward high speed, super precision, and multi-functional and intelligent, systematic, network, such as high reliability and environmental protecti on.This graduation design is based on the five axis nc milling planer mecha ni cal structure desig n to deepe n un dersta nding of nc mach ine tools.Through the graduation design ,I have understanded the mechanical structure of the CNC gantry milling machine, and some of the key components for check in g.A nd through the graduati on desig n I master a 3 dime nsinal draw ing tool - Inven tor.KEY WORDS : Ball screw , Rolli ng guide , Five-axis lin kage milli ng head, Inventor、八、亠丄刖言 (1)第1章数控机床概述 (2)第2章整体结构方案 (3)第3章伺服进给系统机械传动机构的设计 (4)§3.1伺服进给系统机械传动机构设计的一般要求 (4)§3.2滚珠丝杠螺母副的原理及支撑方式 (6)§3.2.1滚珠丝杠螺母副的原理及特点 (6)§322滚珠丝杠螺母副的支撑方式 (8)§3.2.3支承轴承的选择 (9)§3.3滚珠丝杠副的疲劳寿命计算 (9)§3.4预加负荷 (11)§3.5机床滚珠丝杠副总体校核 (11)§3.6数控机床导轨 (16)§3.6.1导轨的基本类型 (16)§3.6.2对导轨的基本要求 (16)§3.6.3直线滚动导轨 (17)第四章数控机床的进给驱动 (19)§4.1伺服系统的基本要求 (19)§4.2伺服电机的选择与计算 (21)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)毕业设计是实现培养目标的重要教学环节，是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要过程。

应用有限元方法对高速电主轴的优化设计

应用有限元方法对高速电主轴的优化设计摘要：介绍了高速电主轴的结构特点，应用有限元分析软件ANsYs以刚度为目标对高速电主轴进行了优化设计，并对优化后的结构进行了热态校核。

关键词：高速电主轴；优化设计；有限元；热态分析90年代以来，我国的机床制造业发展迅速，设计和制造水平都有很大的提高，整体趋向高速、精密、绿色等方向发展，特别是近几年，代表着先进制造水平的数控机床和加工中心；很多国内厂家已开始产生。

在2003年北京国际机床展上，参展的主轴转速超过10000r／min的高速加工中心共有53台，其中国内产品占到24台。

但同时也不可否认，我国机床与国外先进的设计和制造水平相比还有比较大的差距，很多诸如电主轴、控制系统等关键部件，仍然依赖国外配套，自主开发能力不足。

在这种情况下，只有解决并提高关键部件的设计制造水平，才能摆脱对国外技术的依赖，从根本上促进我国机床行业持续发展。

我校高速加工实验室自90年代以来一直从事机床关键部件高速电主轴和快速进给单元的研究，自行开发了国内第一个高速大功率电主轴——GD一Ⅱ型电主轴，该电主轴采用“零传动”的传动方式，电机内置在机床主轴上，直接驱动主轴转动，从而去掉了传统传动链上的皮带、齿轮、联接键等，通过采用变频调速技术使主轴达到很高的转速，它的典型结构和系统组成如图l所示…。

主要具有以下几个特点：(1)结构简单紧凑，能很好地解决传统皮带或齿轮等方式传动在高速运转条件下所引起的振动和噪声问题。

(2)提高生产率，可在最短时间内实现高转速，也即是主轴回转时具有极大的角加速度。

(3)电机内置于主轴两支承之间，可有效地提高主轴系统的刚度，同时也提高了系统的固有频率，从而提高了其临界转速值。

目前，在试验成功的基础上，这种电主轴已经进入产业化，为了达到更高的设计要求和水平，并保证电主轴更高的可靠性，我们采用了有限元分析(Finite Element Analysis)对电主轴进行优化设计。

一种五轴联动机床动态精度检测及优化方法

一种五轴联动机床动态精度检测及优化方法彭志军;刘大炜;宋智勇【摘要】提出一种用于机床动态精度快速检测与优化的方法.在完成机床静态精度调整基础上,通过S形试件检验机床加工精度是否达标.基于S件测量结果及机床五轴联动(RTCP)精度检测,搜寻并分析存在问题的驱动轴,通过编制特定程序并测量机床运动轨迹,在对轨迹进行频域分析、圆度分析的基础上,完成机床机械结构和动态性能参数的调整,进而提升机床动态精度.通过在20多台五轴联动数控机床上应用,大幅提高了机床的加工精度,验证了上述方法的有效性.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2013(000)008【总页数】5页(P35-39)【关键词】S形试件;动态精度;数控机床;动态性能优化【作者】彭志军;刘大炜;宋智勇【作者单位】成都飞机工业(集团)有限责任公司数控加工厂,四川成都 610092;成都飞机工业(集团)有限责任公司数控加工厂,四川成都 610092;成都飞机工业(集团)有限责任公司数控加工厂,四川成都 610092【正文语种】中文【中图分类】TJ765.4五轴联动数控机床目前已大量用于航空制造等高端制造领域。

由于机床复杂的机械结构及控制系统，五轴联动机床加工精度检测及优化一直是业内研究的热点和难点，成为影响产品加工质量及效率的关键［1－2］。

其中对机床加工精度的影响因素中，静态精度检测与补偿已有大量标准［3－4］，而动态精度由于受机械和控制系统两方面影响，其检测和优化则一直未能得到有效解决。

在常见的精度检测方法中，直线度、垂直度等基本的精度检测只能反映机床静态精度［5］，而数控系统中常见的螺距补偿、垂度补偿等也主要针对机床静态误差。

基于试验件切削的样件法能部分反映机床动态精度。

如行业内通用的NAS979(National Aerospace Standard Test Part 979)圆锥台［6］，通过对机床加工的圆锥台精度来评价机床精度，但该方法只能部分反映机床动态精度，无法对动态精度调整提出有效建议，且许多NAS件试切合格的机床，加工复杂零件时依然存在明显问题。

双横梁高速龙门铣床的静动态特性分析研究

０引言
龙门式加工中心具有加工跨距大、加工效率高、刚度高等特点，适合于大型零件的加工，在航空、航天、汽车、模具等制造行业中得到广泛的应用Ｊ。高速龙门五轴加工中心是航空航天、模具和汽车等高科技领域的关键装备Ｊ。由于龙门铣床跨距大，横梁是龙门铣床的重要部件，它的性能对整个机床性能有较大影响。传统龙门铣床的横梁往往质量较大，无论是动梁结构还是动工作台结构，都需要巨大的驱动力矩，限制了机床的定位精度和灵活性，也不利于采用高速切削加工。为了获得较好的刚度，目前的研究主要集中在优化横梁截面形状、优化加强筋布置和减小壁厚等方面。本文运用虚拟样机技术，从改变龙门铣床结构的角度，提出双横梁结构，提高大跨距龙门铣床横梁刚度，同时增加机床灵活性。本文构造了铣床有限元模型，对该模型进行动力学分析，同时对该模型进行了静、动态特性分析，初步验证了这一机床结构的可行性，为双横梁龙门铣床的设计和开发提供了理论依据。
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉபைடு நூலகம்ｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）

基于Solidworks和ANSYS的加工中心电主轴动静态分析

Ｊａｎ．ｏｌｉｄｗｏｒｋｓ和ＡＮＳＹＳ的加工中心电主轴动静态分析
尹洋，王宇，秦军军，孙惠娟，董翠云
（１．西华大学机械工程与自动化学院，四川成都６１００３９；２．四川大学制造科学与工程学院，四川成都６１００２５３．青岛科技大学机电工程学院，山东青岛２６６０４２）
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＸｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３９Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｆｏＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００２５Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｌｅｇｅｆｏＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏｆｏＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０４２Ｃｈｉｎａ）
第３３卷第１期
Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．１
西华大学学报（自然科学版）

数控龙门铣床整体静力学分析及模态分析

数控龙门铣床整体静力学分析及模态分析冯建国【摘要】利用有限元软件ANSYS建立某型数控龙门铣床的三维有限元模型,结合工程实际情况,以龙门铣床的极限工况为条件,进行静力学分析,得出龙门铣床的应力和位移分布云图;在其三维实体模型的基础上建立了该龙门铣床模态分析的有限元模型,通过对模型的求解得出前五阶固有振动频率和振型.所得结论为龙门铣床的结构设计和改型提供了重要的理论依据.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】4页(P156-159)【关键词】ANSYS;静力学;有限元;模态分析【作者】冯建国【作者单位】桂林机床股份有限公司,广西桂林541001【正文语种】中文【中图分类】TG6590 引言数控龙门铣床加工中心是机械加工制造的重要设备。

目前国内在对机床结构的研究比较活跃，主要是从动、静态上对其进行分析和研究。

例如：东南大学和无锡机床股份有限公司对内圆圆磨床M2120A床身结构进行有限元分析[1]，得到床身前几阶的固有频率和振型，分析床身的内部筋板布置对结构动态特性的影响，确定了床身的合理结构。

王巍巍，翁泽宇[2]等人，在《大型高效数控铣床有限元模态分析》一文中利用ANSYS对大型高效数控铣床进行了模态分析，求解得到了前九阶固有频率和振型，并在此基础上指出了该机床存在的不足和提出改进方案。

张耀满，王旭东等[3]人，在《高速机床有限元分析及其动态性能试验》一文中采用有限元分析方法，对机床原有结构进行动力学分析和对机床原有结构进行适当改进，提高机床的动力学性能，并通过试验验证了分析结果的正确性。

当前对机床结构的研究绝大部分是对机床的某些单个结构件进行独立的动静态分析和研究，缺乏对机床整体动静态的分析。

在对单个结构件的分析过程中，很难直接获得其准确的边界条件，从而导致分析结果存在很大的误差。

而机床整机的边界条件很容易得到，因此其分析结果能更精确地获得其机械结构特性，特别是整机特性，这不仅可以节省设计周期和开发费用，而且可以使设计者在产品开发和改进过程中做到心中有数，避免了产品开发过程中的盲目性，可以摆脱传统设计经验的束缚，大胆进行创新设计。

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的截面形状和筋板布局进行设计改进，而提高了机床的动静态性能龙门五轴加工中心；分析；限元分析模态有【ｓｒｃ】Ａｂｔａｔｓｅｄ５ａｉｇｎｒｃｉｉｇｃｎｒｉａｋｙｄｖｃｎｔｅｈｇ－ｅｈｉｄｓｒｓｐｅ一ｘｓａｔｍａｈｎｎｅｔｅｅｉｉｈｉｈｔｃｎｕｔｅｙｅｓｅ：ｉｓｃｓａｒｐｅｌｎｆｃｕｉ，ｅｉｅｅ．ｈｃｙａｉａｄｓｔｈｒｔｒｔｆｍｃｉｅｕｈａｅｏａ，ｍｏｍａｕａｔｒｇｖｈｃ，ｔ，ｉｄｎｍｃｎｔｉｃａａｅｉｉｏａｈｎｓｃｄｎｌｃｗｈａｃｅｓｃｔｏｓｈａｎｆｔｓｔａｍａｅｔｈｃｉｉｇｐｒｒａｃｅｔｌｉｄｒｃｌｒｉｃｌＩｅｏｌｉｔｅｍｉａｏｈｙａｃｔｅｍａｈｎｎｅｏｍｅｏｔｏｎｉｔｏｒｔ．ｔｓｃｒｔｆｆｎｆｈｏｓｅｙｄｅｙｎｈｄｓｎｏｉｈｓｅｄｇｎｒｃｉｉｎｅ，ｏｔｉｆｒｅａａｓｄｍｄａｓｒｐｒｒｄｅｉｈｇｅａｔｍａｈｎｎｃｔｒｂｔｓｃｏｃｌｉａｏａａｌｉａｅｅｏｍｅｇｆａｐｙｇｅｈａｔｎｙｓｎｌｎｙｓｆｗｔｔｅｈｌｏＥｏｗｌｆｒｈｏｔｌｅｍｃｉｅａｄｉａｎｃｍｏｅｔｓｃｓｕｐｒｎａｓｉｅｈｈｐｆＦＭｓｕｅｏｅｃｎｅａｈｎｎｓｍｏｐｎｎｓｕｈａｓｐｏｔｇｗｌ￣＂ｔｐｔｔｉｉｌ，
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【摘要】高速龙门五轴加工中心是航空航天、模具和汽车等高科技领域的关键加工装备，机床的动静态特性是影响机床性能的重要因素，将间接或直接影响机床最后的加工性能；高速龙门五轴加在工中心的设计中，采用有限元分析技术对机床整机及桥梁、横梁、滑板、滑枕、工作台和双摆头等主要部件进行了静力学分析和模态分析，发现横梁与滑枕为影响整机动静态性能的薄弱环节，对横梁与滑枕
ＫｅｒｓＬｉｅｒｍｏｏ；ｎｒｘｓａｈｎｎｅｔｒＭｏａｎｌｓｓＦｙｗｏｄ：ｎａｔｒＧａｔｙ５ａｉｍｃｉｉｇｃｎｅ；ｄｌａｙｉ；ＥＭａ
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机械设计与制造
３６文章编号：０１３９（０１１～０６０１０ — ９７２１）２０３ — ２ＭａｈｉｒＤｅｉｎｃｎｅｙｓｇ＆Ｍａｆｃｕｅｎｕａｔｒ
第ｌ２期２１年１０１２月
基于有限元的高速龙门五轴＿中心动静态优化设计术Ｙ－－
张磊谢志坤李焱史科科高柏宏（阳机床集团设计研究院，阳１０４）沈沈１１２Ｏｐｉｚｄｄｓｇｏｒｔｔｄｄｎｍｉｈｒｃｅｉｔｓｏｉｈｓｅｄ５ａｉｔｍｉｅｅｉｎｆａｉａｎｙａｃｃａａｔｒｉｆｈｇ－ｐｅ－ｘｓｓｃｓｃ