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开料机主轴如何优化设计?

日期:2019-09-09 / 人气:5

  随着制造工业的快速发展,工厂对开料设备的加工精度与效率的要求也逐渐变高。而开料机主轴系统是机器非常重要的组成部分,它关系到整个机床的使用性能。主轴的静动态特性影响着开料机的定位精度和工件表面加工质量。一般情况下,主轴系统对加工误差的影响约占30%到40%。下面本文将从四个方面来介绍主轴优化设计的方案:

开料机

  1、敏感度研究

  敏感度研究是根据一定的数学方法和手段,计算出主轴的静动态性参数随尺寸变化的灵敏度,从而选择出对静动态特性影响较大的尺寸,同时选取合理的变化范围。基于 Six Sigma 的判定原则,利用全局变量法来研究优化尺寸对主轴性能的影响,以便完成全局敏感度研究。根据敏感度研究,为优化尺寸选取合理的变化范围,确保最后优化的均衡性。

  2、优化计算

  降低质量是降低成本、提升产品竞争力的重要途径,因而设定优化目标为主轴质量最小; 读取主轴的最高位移与最高扭角,并将这两个参数作为设计极限; 选取优化尺寸,设置变化范围; 选择优化算法为 GDP,设置优化收敛公差为 2% ,最高优化迭代次数为 20 次,生成优化文件。运转优化文件, 经过 7 次迭代,得出最优设计方案。

  3、优化前后主轴性能对比

  假设优化后的主轴孔径 d 为 61 mm, 外径 D 为 139 mm,支承跨距 L 为 120 mm,前端悬伸量 a 为 27 mm。对优化后的主轴进行有限元分析,并与优化前进行比较。提升了主轴的刚度; 一阶固有频率提升了15. 6% ,质量惯性矩降低了15. 4% ,有效地提升了主轴的动态响应特性,有利于减轻工件加工时的振动,提升了光学瞄准镜镜身的加工精度。

  4、优化尺寸的判定

  开料机主轴的静动态特性与主轴的支承跨距、轴承刚度、前端集中质量、轴向跨距、轴向尺寸与径向尺寸有关。同时,根据静动态分析结果,选取主轴的孔径 d、外径 D、支承跨距 L 及前端悬伸量 a 等 4 个优化尺寸。

  综上所述,根据对主轴静态研究,明确最高变形量; 根据对主轴进行模态分析,判定了主轴中间和前端变形较为突出; 根据对主轴进行动态分析,判定了主轴动刚度在 Y 方向存在的问题。根据研究结果对主轴进行优化,优化后质量得出了减轻,刚度和动态特性得出了提升。CREO 优化设计给予的敏感度研究为设计变量及取值范围的选择给予了依据,大幅提高了优化效率与成功率。


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