端齿盘磨床的有限元分析

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1、端齿盘磨床砂轮架滑座的有限元分析王伟1，任春喜2李刚2（1.西安航天动力试验技术研究所，陕西，西安7101002.陕西秦川机床工具集团有限公司秦川发展技术研究院，陕西宝鸡721009)摘要：针对端齿盘的加工，本课题研发了高精度数控直齿端齿盘磨床。采用ANSYS软件分析了其砂轮主轴滑座的动、静态力学特性，验证了设计的可靠性。同时也找出了结构的相对薄弱环节，为滑座结构优化设计提供了技术支持。关键词：磨床；滑座；ANSYS；静力特性；动力特性中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：Finiteelement

2、analysisforTerminalgeargrinderwheelrackslideAbstract:FortheprocessingofTerminalgear,weresearchedHighprecisionCNCstraightteethterminalgeargrinder.UsingthesoftwareofANSYS,weanalyzedthestaticanddynamiccharacteristicsoftheWheelspindleslide,verifiedthereliabili

3、tyofthedesign.Atthesametime,theweaklinksofthestructurewasfoundandtechnical supportforoptimaldesign ofthestructurewasprovided.Keywords：grinder；slide；ANSYS；Staticcharacteristics；Dynamiccharacteristics0引言端齿盘又称多齿盘、细齿盘、鼠牙盘、是具有自动定心功能的精密分度定位元件，广泛应用于加工中心、柔性单元、数控机床

4、、组合机床、回转工作台、测量仪器、各种高精度间歇式圆周分度装置、多工位定位机构以及其它需要精密分度的各种设备上。端齿盘一般采用磨齿的方法加工，以获得较高的精度。本课题研发的QMK016高精度数控直齿端齿盘磨床是2011年国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项产品，用于磨削加工端齿盘。因此该机床的研发，对国内装备制造业水平的提高有着重要意义。本文主要论述砂轮主轴支撑件滑座部分的结构改进方案，及其力学性能分析。1滑座的模块化结构设计在现代化的设计过程中，模块和知识的重用可以大大缩短设计周期，降低设计成本

5、；采用成熟的经过验证的模块，可以降低采购和物流成本，缩短采购周期、物流周期和生产制造周期，从而加快产品上市时间；采用成熟的经过生产验证的模块，可以大大减少由于新产品的投产对生产系统调整的频率，使新产品更容易生产制造，可以降低生产制造成本；产品平台中及平台之间存在大量的互换模块，可以降低售后服务成本[1]。本机床滑座部分主要用来驱动砂轮主轴部件的往复直线运动，同时不能与其它部件发生运动干涉。为了加快设计研发过程，便于产品的加工制造。在企业内部模块库中选用了外部尺寸合适，行程范围满足要求，电机功率大小相符合的滑

6、座模块单元。其结构如图1所示。由图可知，所选的滑座模块具有一维A轴旋转运动功能。而本机床滑座部件，不需要做旋转运动，所以在不影响运动功能，不改变各部分结合尺寸的情况下，对滑座骨架做出一些结构改动。改进后的结构如图2所示。图1滑座模块单元图2改进后滑座模块2滑座的受力分析砂轮主轴在滑座上往复运动，其对砂轮主轴起着支撑的作用，故其刚度的高低对机床加工精度的影响很大。因此在满足模块化设计要求的同时，要合理设计滑座的结构，及其外壁和筋板的厚度，并在设计阶段分析其动静刚度，提高设计效率，以缩短产品的研发周期。滑座的三

7、维实体模型如图3所示。滑座外壳体的壁厚为20mm，内部筋板的厚度为15mm。磨削加工属于高速的切削加工，每次的切削量较小，故磨削力相对于结构部件的重量很小。在静力分析下，磨削力对机床的变形影响很小，所以静力分析中可以只考虑结构在重力下的变形。滑座通过导轨面上的摩擦力支撑着砂轮主轴部件，故它所受到的重力全部来自于砂轮主轴部件。其结构如图4所示。砂轮部件的总重量为330kg，其重心离导轨面的水平距离为200mm，滑座上下两个导轨的面的距离为330mm。由图可知重力给滑座一个顺时针的扭矩；对其上导轨面作用一个拉力

8、，对下导轨面作用一个压力，这两个力大小相等，方向相反，但不在一条直线上，构成一对力偶。由力矩的平移原理可知，重力的力矩平移到作用点后，可以简化为一个与原来大小相等，方向相同的力和一对力偶；因此，上下导轨面在受到拉压力的同时，还受到向下的拉力。由力矩平衡原理可求得：上下导轨面受到的拉压力大小为2000N；导轨面的面积为0.03128m2，故导轨面上受到的压强大小为63938.62Pa；每个导轨结合面受到向下的拉力为