基于cosmos的并联机床有限元分析

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1、基于COSMOS的并联机床有限元分析

2、第10引言并联机床普遍存在以下问题:工作空间与机床外形尺寸之比较小;运动平台受约束铰链工作角度范围的局限，运动平台偏转角小。国内外学者针对这些问题采用很多改进措施，诸如开发串并联结合的混联机构，采用大行程的柔性铰链等，但随之而来新问题出现，如机械结构过于复杂，机床刚度受到影响等。德国MichaelSchm。由于杆件之间以及杆件与框架之间的干涉，5杆并联运动机构不能够在空间的任意位置实现主轴部件的90°偏转;为了实现五面加工，引入了冗余的数控回转工作台。2机床的静刚度分析机床的静刚度是指作用载荷与

3、变形的比值，它表示了机床抵抗变形的能力。机床静刚度将直接影响机床的加工精度，所以是一个非常重要的参数。由于并联机床机构复杂，各个杆件受力情况随着末端位姿变化而不同，其静刚度是位形的函数，影响机床静刚度的因素繁多而且又相互影响，并联机床静刚度计算问题显得非常复杂。本文借助有限元分析软件COSMOS，使静刚度的求解得到了简化。2.1COSMOS有限元分析软件COSMOS有限元分析软件较其它同类软件相比，对计算机的性能要求低，便于普及。COSMOS有限元分析包括三个阶段:预处理、解算及后处理。在前处理阶段，主要定义求解所需要的数据，包括定

4、义分析类型(如，静态、热传导、频率)、材料属性、载荷和制约，并将模型划分成有限元。据此，结合并联机床具体结构，各部件类型确定如下。外壳:厚钢板结构，结构形状可以参看图3，材料选择热轧钢板。动平台:从我们的设计图可以看出，这里的动平台指的就是电主轴。把电主轴视为一刚体，赋予大的弹性模量。丝杠及其他构件:材料都定义成为普通钢材。我们尽量按实际模型进行建模，对一些不重要的几何特征，如外倒角、圆边、标志等，对应力影响不大，但会加大网格数量，加以合并或消除。对结果分析不大的结构进行压缩。简化模型后，针对主轴在90°,45°,0°三个典型位置。

5、根据切削力，计算出机床静刚度。2.2切削力计算并联运动机床的加工主要以铣削为主，铣削力可分为轴向铣削力Fx，径向铣削力FY和切向铣削力Fz。其中切向铣削力是主运动方向的分力，它消耗的铣床的电动机功率最大。切向铣削力可按铣削功率pm(kin.当铣刀直径为16mm时所以由(1),(2),(3)式得:Fx=0.8x500=400NFY=0.5X500=250N0引言并联机床普遍存在以下问题:工作空间与机床外形尺寸之比较小;运动平台受约束铰链工作角度范围的局限，运动平台偏转角小。国内外学者针对这些问题采用很多改进措施，诸如开发串并联结合的混

6、联机构，采用大行程的柔性铰链等，但随之而来新问题出现，如机械结构过于复杂，机床刚度受到影响等。德国MichaelSchm。由于杆件之间以及杆件与框架之间的干涉，5杆并联运动机构不能够在空间的任意位置实现主轴部件的90°偏转;为了实现五面加工，引入了冗余的数控回转工作台。2机床的静刚度分析机床的静刚度是指作用载荷与变形的比值，它表示了机床抵抗变形的能力。机床静刚度将直接影响机床的加工精度，所以是一个非常重要的参数。由于并联机床机构复杂，各个杆件受力情况随着末端位姿变化而不同，其静刚度是位形的函数，影响机床静刚度的因素繁多而且又相互影响

7、，并联机床静刚度计算问题显得非常复杂。本文借助有限元分析软件COSMOS，使静刚度的求解得到了简化。2.1COSMOS有限元分析软件COSMOS有限元分析软件较其它同类软件相比，对计算机的性能要求低，便于普及。COSMOS有限元分析包括三个阶段:预处理、解算及后处理。在前处理阶段，主要定义求解所需要的数据，包括定义分析类型(如，静态、热传导、频率)、材料属性、载荷和制约，并将模型划分成有限元。据此，结合并联机床具体结构，各部件类型确定如下。外壳:厚钢板结构，结构形状可以参看图3，材料选择热轧钢板。动平台:从我们的设计图可以看出，这里

8、的动平台指的就是电主轴。把电主轴视为一刚体，赋予大的弹性模量。丝杠及其他构件:材料都定义成为普通钢材。我们尽量按实际模型进行建模，对一些不重要的几何特征，如外倒角、圆边、标志等，对应力影响不大，但会加大网格数量，加以合并或消除。对结果分析不大的结构进行压缩。简化模型后，针对主轴在90°,45°,0°三个典型位置。根据切削力，计算出机床静刚度。2.2切削力计算并联运动机床的加工主要以铣削为主，铣削力可分为轴向铣削力Fx，径向铣削力FY和切向铣削力Fz。其中切向铣削力是主运动方向的分力，它消耗的铣床的电动机功率最大。切向铣削力可按铣削功

9、率pm(kin.当铣刀直径为16mm时所以由(1),(2),(3)式得:Fx=0.8x500=400NFY=0.5X500=250N0引言并联机床普遍存在以下问题:工作空间与机床外形尺寸之比较小;运动平台受约束铰链工作角度范围的局限，