2008 年,根據國內外市場需求, 在生產傳統數控機床的基礎上, 立項研發高速精密數控雕銑機。 其主要技術指標: 工作臺面積 500mm×400mm, 主軸最高轉速 24000r / min, 最大連續輸出扭矩 50N?m, 快速移動 15m / min, 定位精度 0.01 / 300mm, 重復定位精度0.005mm, 主軸電動機功率為 5.5kW。 這是一臺兼具高精度和高速、 高效化的新型數控雕銑機, 對機床靜動態穩定性研究要求較高。
因此, 結合筆者參與對新型數控雕銑機的設計研制過程, 本文以 Unigraphics NX5.0 和 ANSYS 10.0 為工具, 開展了 GSFD4050 高速精密數控雕銑機結構特性分析與研究。該機型外形如圖 1 所示。
1 整機結構簡化與有限元模型生成
1.1 整機結構簡化
由圖 1 可以看出, 機床主軸采用的是電主軸, 其通過主軸套筒直接安裝在主軸箱上, 實現機床的切削加工。 床身由于要承受機床工作過程中所有的外力及支承其它部件, 其力學性能及結構要求較高。 機床生產廠家往往借鑒其它類型機床結構特點, 對其結構進行簡化。 但要保證其足夠的剛度, 在其內部設置了較多的加強筋、 肋板、 倒圓角等。
如果對構成整機的這些部件直接建立有限元分析模型, 因結構、 大小、 材質不同, 會很難進行或者無法進行有限元網格劃分 [1-2], 從而建立不了用來進行分析的整機模型。 因此, 參考國內外通用的做法, 在受有限元分析軟件特點和單臺計算機內存有限的情況下, 忽略整機部件上對整機性能影響較小的加強筋、 肋板、 倒圓角等結構, 以及主軸發熱對機床的影響和主軸部件的微小變形對整機的影響等因素, 而對整機動、 靜態特性影響較大的床身-立
柱-橫梁構成的整機框架進行重點分析 [3]。
對于結構部件的小圓角、 小倒角全部以直角處理; 小角度斜面以平面處理, 去除對分析無影響或影響較小的搭子面、 螺孔及孔內部筋孔等, 去除安裝地腳螺釘的凹槽, 去除安裝導軌壓板的斜槽, 去除安裝光柵的支撐臺 [4]。 工作臺以內部布筋的箱體來簡化, 簡化后的床身、 立柱、 橫梁, 如圖 2~4 所示。
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宇匠數控專業生產:高速精密 雕銑機、精雕機、石墨機、鉆攻中心、加工中心;
4 結論
(1) 運用 Unigraphics NX5 建立 GSFD4050 高速精密雕銑機床整機裝配模型。
(2) 通過 ANSYS10.0 軟件建立 GSFD4050 高速精密雕銑機床的整機有限元模型。
(3) 對 GSFD4050 高速精密雕銑機床的靜動態特性進行了詳細科學的分析。 通過靜態分析, 整機的靜態剛度滿足需要。 通過模態分析, 找出了整機的主振部件和固有頻率。
(4) 本文所采用的方法對先進制造裝備的結構分析提供了較為有效的范例。
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