大型龍門機(jī)床滑枕的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析(參考版)
2025-06-29 18:25本頁(yè)面
【正文】 結(jié)論1 用solidwork對(duì)滑枕進(jìn)行建模，再導(dǎo)入ansys系統(tǒng)分析計(jì)算，并對(duì)網(wǎng)格局部修正，提高 了計(jì)算精度 ．2 通過(guò)對(duì)滑枕的靜力學(xué)分析，得出滑枕最大應(yīng)力為 MP a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于灰鑄鐵的強(qiáng)度極 限，其靜態(tài)安全系數(shù)高，這表明滑枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于保守。由圖 34可以看出，滑枕總變形在0 。圖34滑枕總變形分布云圖圖35滑枕x向變形分布云圖圖36滑枕y向變形分布云圖圖37滑枕z向變形分布云圖圖38滑枕平均應(yīng)力分布云圖圖39滑枕x向應(yīng)力分布云圖圖310滑枕y向應(yīng)力分布云圖圖310滑枕z向應(yīng)力分布云圖 ansys有限元結(jié)果分析 從圖38可以看出滑枕的應(yīng)力分布不均勻， MP a，且在滑枕下部軸套處應(yīng)力集中出現(xiàn)，這是因?yàn)榛碇鬏S在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中收到了切削力的作用。 ansys有限元分析 本文將某型龍門機(jī)床滑枕主軸滑枕的三維模型導(dǎo)入 ANSYS 中，考慮其實(shí)際工作過(guò)程中的約束情況，施加邊界條件，然后對(duì)其進(jìn)行有限元網(wǎng)格自由劃分，如圖 33 所示。圖31SOLID45 單元本文機(jī)床主軸滑枕部件采用 SOLID45 單元，此單元為 3D 固體結(jié)構(gòu)單元，單元有 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)單元節(jié)點(diǎn)上均有 3 個(gè)自由度，如圖 31 所示。線性單元內(nèi)的位移是按線性變化的。在確定采用線、面或?qū)嶓w單元后，還需進(jìn)一步?jīng)Q定采用線性、四邊形或 P 單元。單元類型根據(jù)單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)和自由度的不同分為二維單元以及三維單元。在 ANSYS 有限元分析的前處理過(guò)程中，必須對(duì)模型單元屬性進(jìn)行設(shè)置，以便計(jì)算機(jī)直接計(jì)算，包括單元類型、實(shí)常數(shù)以及材料屬性等方面。 在 ANSYS 有限元分析的前處理過(guò)程中，必須對(duì)模型單元屬性進(jìn)行設(shè)置，以便計(jì)算機(jī)直接計(jì)算，包括單元類型、實(shí)常數(shù)以及材料屬性等方面。(4)求解矩陣方程組：求解矩陣方程，得到各參數(shù)在整體結(jié)構(gòu)中的分布。根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，建立各單元節(jié)點(diǎn)位移分量的聯(lián)系方程以及應(yīng)力與節(jié)點(diǎn)位移分量的方程。有限元法的求解思路可以分為以下四步:(l)劃分單元：將實(shí)際復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)簡(jiǎn)單形狀的單元。同時(shí)，本文對(duì)于主軸滑枕也做了相對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)化處理，將周圍的倒角以及一些工藝處理的孔都省去了，繼而在不影響分析準(zhǔn)確性的前提下大大優(yōu)化了分析模型，節(jié)省了分析時(shí)間，提高了分析效率。 表41圖42滑枕工作行程撓度示意圖由上圖表可知，主軸滑枕工作行程在01000mm 。本文所研究的某型龍門機(jī)床主軸滑枕整體采用 HT300材料，^3，彈性模量為130G Pa，主軸滑枕總長(zhǎng)度為 1960mm，其工作行程為 1200 mm，根據(jù)其尺寸以及材料密度可以計(jì)算出主軸滑枕在工作行程內(nèi)的均布載荷q約為5270 N /m，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算可得I=。 以及自身重力均布載荷q的共同作用，在長(zhǎng)度為0處，其轉(zhuǎn)角以及撓度w均為 0，即： w(0)= 0 (41) (0)=0 (42)則最終推導(dǎo)出本文主軸滑枕?yè)隙茸冃喂綖椋? (43)式中，為主軸滑枕在工作過(guò)程中所收的切削力；q為主軸滑枕自重所等效的均布載荷；E為主軸滑枕的彈性模量；為主軸滑枕的工作行程；為主軸滑枕的慣性矩。由以上公式解得主切削力50227N，背向力20290N,進(jìn)給力15568N在工程中梁的變形應(yīng)用較多，因此對(duì)其的研究顯得十分必要。前角為5 176。機(jī)床主電機(jī)功率為90 k W，主軸轉(zhuǎn)速范圍為5～1 2 0 0 r／mi n ，主軸扭矩8000N材料彈性模量為130GPa，泊松比為 。內(nèi)部為不規(guī)則的空間幾何模型 。主軸滑枕作為機(jī)床的重要工作部件，要作伸出及回縮的移動(dòng)，由于其重量大，滑枕的移動(dòng)會(huì)使立柱前、后兩條導(dǎo)軌受力不均，并因自重產(chǎn)生彎曲變形，同時(shí)加工過(guò)程中的刀具作用力，包括鏜削力以及銑削力等，均會(huì)加劇此變形，這將嚴(yán)重破壞機(jī)床的幾何精度，也會(huì)使機(jī)床呈現(xiàn)出非均勻磨損。通過(guò)在虛擬環(huán)境中對(duì)主軸滑枕自重變形的仿真分析，直觀形象地得到滑枕的變形量，以及對(duì)其實(shí)施補(bǔ)償后的效果圖。因此用仿真軟件可以對(duì)主軸滑枕的結(jié)構(gòu)受力以及應(yīng)變進(jìn)行實(shí)效分析，為大型數(shù)控落地鏜銑床主軸滑枕的誤差補(bǔ)償分析提供了有效可靠的途徑。大型龍門銑床主軸滑枕由于體積和重量的限制，完全用實(shí)驗(yàn)手段來(lái)進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)分析，成本高，效率低，有時(shí)候甚至不可能做到。滑座的M12孔主要用來(lái)將滑座固定在橫梁上，總共有四塊方形凹版，保證了穩(wěn)定性和精度。由于加工成本原因,加肋板一般用在比較寬廣的區(qū)域,橫向荷載在板面上分散布置。諸如土木工程中的樓蓋、水工結(jié)構(gòu)中的平板閘門、船舶甲板、鋼結(jié)構(gòu)中的各種加肋板等等，在實(shí)際應(yīng)用中,加肋板結(jié)構(gòu)主要用于抵抗彎曲,彎曲剛度要求一般較高。具體結(jié)構(gòu)如圖23,24。圖22絲杠下端固定 絲杠絲母與移動(dòng)箱體通過(guò)移動(dòng)固定件與移動(dòng)箱體固定并帶動(dòng)移動(dòng)箱體豎直運(yùn)動(dòng)。絲杠通過(guò)絲杠上端圓螺母把力傳遞給絲杠下端支撐處的軸承，再通過(guò)軸承傳遞給絲杠下端固定處的端蓋及絲杠下端支撐上。絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)及絲杠上端支撐通過(guò)側(cè)面的螺釘及上部的螺栓固定在固定件上，具體結(jié)構(gòu)如圖21。絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)四個(gè)沉頭螺釘固定在電機(jī)固定板上，然后電機(jī)固定板再通過(guò)螺釘固定在絲杠電機(jī)及絲杠上端支撐上。 以之前提到的SK系列三軸數(shù)控龍門銑為例，其性能特點(diǎn)在于：，雙矩形導(dǎo)軌，剛性強(qiáng)；2. 銑頭裝滾珠絲杠、氣動(dòng)拉刀裝置、有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；3. 側(cè)銑頭配置V5型龍門銑頭，加裝獨(dú)立潤(rùn)滑裝置，升降由普通減速機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速；4. 普銑/數(shù)控銑一鍵式轉(zhuǎn)換三軸數(shù)控系統(tǒng)，即可編程操作又能利用擴(kuò)展面板手動(dòng)操作，在實(shí)際機(jī)械加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)性極強(qiáng)；5. 床身進(jìn)
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