卧式车铣复合加工中心有限元分析.pdf

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式∈镒复合加工如有限元分
□苗壮□金志博
沈阳机床股份有限公司沈阳110142
摘要:根据卧式车铣复合加エ中心铣削部分的结构特点和工况条件,利用ProE建立简化实体模型,入 ANSYS
分析软件中,然后在三个方向分别施加载荷,进行静刚度有限元分析。对比三种加载情况,得出十字导轨、立柱和螺母变
形較大,再详细分析十字导轨变形规律,找出静刚度薄弱原因,提出相应解决方法,为优化车铣中心结构提供理论依据。
关键词:车铣中心有限元分析静刚度十字导轨
中图分类号:TH123;TP391.7
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(201)05-0023-03
卧ト式车铣复合加工中心融合了车削中心与卧式加同的结构形式,应该选择不同的单元类型。机床中的薄
工中心的优点,能够很好地适应复杂零件加工。而相对壁构件、中空部件,如电主轴、主轴箱壳体,采用三维板
于车削,铣削时整机变形情况更加复杂多变,分析中涉壳单元 Shelle3;在确定立柱的单元类型时,考虑立柱
及更多的问题,因此保证铣削部分具有足够的静刚度,结构为空间不规则几何体,故选用 Solid185单元;导轨
对车铣中心整体性能具有十分重要的作用
以空间梁单元模拟,主轴也简化成空间梁单元,而轴承
本文以沈阳机床卧式车铣复合加工中心为实验载则由连接弹簧元来模拟。
体,首先根据该机床结构特点简化模型,再进行铣削部
铣削部分结构材料类型多,某些结构由于没有确
分静刚度有限元分析,找出其薄弱部件,最后其体分析定的属性值,所以本文采用假设的方法,根据该材料本
原因,提出改进方案。
身的特点,设置预估的假想值以便于后面的分析计算。
1.3结合面的处理
有限元分析建模
在机床整体性能分析中,影响分析结果的一个主
1.1简化三维实体模型
要因素就是如何进行结合部的特性分析。本文在进行
有限元分析时,采用合理的局部细节简化处理,可结合面有限元计算时,主要是参考现阶段国内外文献
以在不影响计算准确性的前提下,显著提高计算速度。本中比较成熟和应用较为广泛的计算模型。对固定结合
文对小的圆角、直径较小的工艺孔和螺纹孔进行了简化面,一般在固定螺钉处加以连接单元;对于平面结合面
处理,同时去掉螺钉、垫片和结构中存在的小台阶,综合组合而成的导轨,则按照接触刚度与接触面压的通用
考虑车铣中心结构特点及各部件之间关系,建立了优关系式计算图
化的有限元分析模型,如图1所示。
1.4载荷与边界条件
RRえ22?6
根据机床工况,约東地基底面的6个自由度均为
i1.q1
零。铣削部分结构的受载主要集中在刀具和工件上,作
用在刀具上的力主要是切向カF2、径向力F轴向力
F,本文主要研究以下三种受载条件下结构的变形情
况,加载条件1:F=8000N,加载条件2:F,=8000N
加载条件3:F=8000N。
2铣削部分静刚度分析
三种加载条件下机床整体变形分布如图2、图3
图4所示
▲图1卧式车铣加工中心銑削部分结构示意图
从图中可以看出,三种不同的加载条件,机床的整
体变形情况差异很大,特别是銑削刀具、刀具头和相应
1.2单元类型和材料属性
的主轴变形,当从Z轴方向加载时,其变形量最大。本
卧式车铣中心是一款模块化设计的机床,针对不文为了讨论问题的方便,在不考蔗铣刀头、工件和卡盘
收稿日期:2011年2月
的情况下,绘制了三种不同加载条件下,各部件变形量
式机械制造49卷第561期
2011/5
NODAL SOLUTION
NODAL SOII TON
STEP=2
USUM AYGI
(AVG)
RSYS=O
DMX=,279745
MX=,279745
DMX=,137799
"8ー
031083
L55414
61244
122488
▲图2X轴方向加载时机床整体变形云图
NODAL SOLLTION
▲图3Y方向加载时机床整体变形云图
STEP=3
当沿Y轴方向加载时,机床的最大变形同样发生
USUM (AVG)
在十字导轨部位,并月立柱和螺母的变形也较大,但区
AX=.429902
别于X轴方向加载,Y1滚珠丝杠发生的变形很大,仅
次于十字导轨。当沿Z轴方向加载时,机床的最大变
形发生在立柱,1滚珠丝杠、十字导轨和Y1导轨的变
形量基本相同。综合分析上述三种加载情况下机床各
.L.
部件在总变形量中所占的比重,可以得出,主轴轴承的
变形量不大,十字导轨、立柱和螺母是机床受载过程中
变形量最大的部位,在设计中需要重点考虑。根据上面
14310.238835334369.429902
的柱状图,设计人员可以制定改进措施,提高相应部位
▲图4Z方向加载时机床整体变形云图
的刚度,增加机床的性能。
由柱状图可知,x方向加截时十学导轨的变形量3十字导轨静刚度分析
最大,而1滚珠丝杠、Y1滚珠丝杠和Z2?轨在机床
在机床设计中,为了使设计方案更合理,更能满足
加工过程中基本没有发生変形。铣削部分其它几个变实际需要,有必要对机床使用中变形较大的部件作专
形较为严重的部件分别是立桂、螺母、X1滚珠丝杠和门分析,本文对车铣中心十字导轨进行静刚度分析,研
Y1导轨。
究了其变形规律
X方向加载
ay方向加载
コZ方向加载
各部件变形在总变形中的分比
15
10
niad i
0
床Z1Z1立X1X1+y1Y1螺
铁铣Z2主尾尾CC
身滚
导轨
柱
珠
丝
杠
滚珠丝杠
导字滚导母轴削
轴座座轴
轴
轨
导
珠轨
导箱座
轨
基
承
轨
▲网5三种加载条件下机床各部件在总变形中的占有量
2011/5
机械制造49卷第s61期N方