0 引言
普通的立式車床龍門結構中由于橫梁、立柱的不對稱性設計,容易造成加工精度降低,誤差較大的情況?,F在探索一種新型的龍門結構這個新結構相對熱源采用對稱的設計。這個新的對稱性設計,有助于車床工作時產生的熱量傳播的平衡性,能夠保證加工時加工精度。
新的結構主軸或刀架被放置在橫梁截面中間,采用對稱橫梁結構,立柱也采用對稱結構,橫梁被置于立柱截面中間,立柱的左右兩部分的熱膨脹量大致相等。采用這種結構,可以減少加工時車床結構熱變形?,F在針對提出的這種新型龍門結構進行建模和分析[1]。
1 龍門結構的有限元模型建立
模態分析是機械和結構動力學中一種極為重要的分析方法[3]。計算模態分析從機械、結構的幾何特性與材料特 性等原始參數出發,采用有限元法形成系統的離散數學模型—質量矩陣和剛度矩陣,然后通過求解特征值問題,確定系統的模態參數。由模態迭加法,可以分析機械、結構在已知外載荷作用下的動態響應或動態穩定性問題。
利用三維繪圖軟件NX8.0 建立三維模型,對模型進行適當簡化(忽略倒角、倒圓、小孔等小特征)后,將所建模型直接導入 ANSYS Workbench 中。定義立柱材料及其屬性,四面體單元對網格的劃分則比較靈活,對于結構不規則的幾何模型,也能劃分出較為規則的網格,同時也能夠保證計算的精度。網格大小為 100mm,得到有限元模型如圖 1 所示。
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3 結語
結合大型數控機床的實際激勵狀況,對于改進后的機床龍門結構進行有限元分析。機床立柱上絲杠的聯接部位給橫梁兩端施加固定約束,將無摩擦約束設置在機床滑動導軌副和橫梁中間位置,用來限制橫梁的法向位移。先在給橫梁和主軸箱結合位置施加 XYZ 三個方向的等效集中載荷,通過分析模態和靜力分析,得到了固有頻率和模態振型,振型圖表明各個部件的動態性能情況,從這也可以看出各個結構的變形形式和最大變形區域出現的位置。對于龍門結構的熱平衡優化設計后,通過有限元分析,可以看出機床龍門結構在不同載荷下的變形形狀和最大變形區域,通過分析可得到龍門結構的薄弱環節, 為車床結構進一步的結構設計優化提供一定的理論支持和依據。