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1、高速龙门五轴加工中心静刚度分析与结构优化第6期2011年6月组合机床与自动化加技术ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueNO.6Jun.2011文章编号:1001—2265(2011)06—0009—03高速龙门五轴加工中心静刚度分析与结构优化李焱,张磊,刘春时,尹刚(沈阳机床集团设计研究院,沈阳l10142)摘要:静刚度是机床最重要的性能指标之一,在机床设计阶段需对其进行预估.在高速龙门五轴加工中心的设计中,采用有限元分析技术对机床整机及主要部件进行了静力学分析,发现横梁与滑枕为影响整机静
2、刚度的薄弱环节,对横梁与滑枕的结构进行优化改进,从而提高了机床的静刚度,并在实际应用中获得了良好的效果.关键词:高速龙门五轴加工中心;有限元分析;静刚度中图分类号:TG502文献标识码:AStaticRigidityAnalysisandStructureOptimizationof5?axisGantry--typeMachineCenterLIYan,ZHANGLei,LIUChun—shi,YINGang(DesignandResearchInstitute,ShenyangMachineToolGroup,Shenyang110142,China)Ab
3、stract:Staticrigidityisoneofthemostimportantindicatorsformachinetools'performance,andneedtobeforecastedinthephaseofdesign.Inthedesignofahighspeed5?axisgantry-typemachinecenter.staticforceanalysisisperformedwiththehelpofFEMsoftwareforthecompletemachineanditsmaincomponents.Accordingto
4、theseanalyses,theflailPartsthatimpacttherigidityofthewholemachineseri-ouslyarefoundandthemodificationsofstructuredesignaresuggested,thevalidityofwhichisalsoprovedinrealpractice.Keywords:gantry5axismachinecenter;FEM;staticrigidity0引言高速龙门五轴加工中心主要应用于复杂模具制造以及大型铝合金结构件的高速,高效,高精加工,是航空航天,模具
5、和汽车等高科技领域的关键加工装备.机床的静刚度是指机床承受恒定载荷的能力,是其最重要的性能指标之一.机床的静态变形不但会改变零部件的几何精度并影响加]-质量,还会影响机床的生产率,抗振性,噪声,工作寿命,运动平衡性,发热和磨损等.因此在机床的设计过程中采用有限元分析技术,对机床整机及主要部件进行静力学分析,发现横梁与滑枕为影响整机静刚度的薄弱环节,对其结构进行优化改进,从而提高了机床的静刚度,并在实际应用中获得了良好的效果.1整机有限元建模1.1整机三维实体建模高速龙门五轴加工中心为龙门框架式结构,主要由左右桥梁,工作台,横梁,滑板,滑枕,双摆头等组成,如图1
6、所示,工作台与桥梁为落地式,横梁在左右桥梁上的直线电机并联驱动下前后移动做向运动,滑板通过直线电机在横梁上左右移动做l,向运动,滑枕通过双丝杠驱动结构在滑板中上下移动做z向运动,双摆头可实现A/C轴摆动,满足复杂曲面的五轴联动加工.由于有限元分析软件Ansys提供的建模工具相对较弱,所以采用Pro/E软件先将各部件建立三维实体模型,并装配得到整机模型,为减少计算负荷,对模型进行适当简化,去掉螺钉,螺母,倒角,倒圆,螺栓孔以及凸台等零件和特征,并对小锥度,小曲率曲面进行直线化和平面化处理.1.2定义材料属性及网格划分将装配得到整机模型导入有限元分析软件An—sy
7、s的Work—bench应用平台,设置机床的材料属性.其中,机床左右桥梁和工作台的材料为HT250,杨氏模量为1.2×105MPa,密度7210kg/m3,泊松比0.22;收稿日期:2010—12—10基金项目:国家"高档数机床与基础制造装备"科技重大专项课题(2009ZX04002—0t2)作者简介:李焱(1967一),男,辽宁人,高级工程师,主要从事钻镗床设计研究工作,(E?1O?组合机床与自动化加工技术第6期横梁,滑板和滑枕等大件使用Q235A钢板焊接而成,其材料属性为杨氏模量2.1×105MPa,密度为7860kg/m3,泊松比0.3.1.桥梁2.工作
8、台3.横梁4.滑枕5.滑板6.双摆头图
