王薇科协论文

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1、ANSYS在螺旋锥齿轮数控铳床结构设计中的应用作者简介：王薇，女。1966-0478年生人。毕业于沈阳航空工业学院计算机科学与技术专业。2002年从事数控专业教学工作至今。专业方向为数控技术，讲授过多门数控技术方向专业课。出版过VF0X6.0基础教程，现任数控技术专业教研组长。摘要：采用三维设计软件Pro_E建立机床关键零部件的三维实体模型，导入ANSYS软件对其进行三维有限元分析，为机床关键零部件的设计提供了重要理论依据，保证了零件的设计要求，缩短了设计周期。关键词：数控铳床；Pro.E；ANSYS；有限元分析数控机床以自动化程度高、柔性好

2、、加工精度高等优点在现在制造业特别是复杂零件加工中得到广泛应用，并得到迅速的发展和普及，与普通机床相比，对机械部分的刚度、抗振性以及热变形等机械性能要求更高。因此，在数控机床设计屮，对机床关键的零部件及整机进行精力分析、动力分析以及热性能分析是一项非常重要的工作。在传统的机床设计过程中，往往采用理论分析或者模型试验来分析确定零部件性能。使设计一次成功的把握性降低，需要反复试验才能定型，从而延长了产品的设计周期并且可能错过新产品推向市场的良机。因此，在数控机床的设计中应用新的现代设计方法和采用先进的设计分析工具十分必要。随着计算机技术的发展和有

3、限元理论的成熟，商业化的有限元分析软件在工程应用中获得巨大成功。把有限元分析软件应用于机床的优化设计，对改进产品设计质量，提高数控机床的设计质量具有重要意义。ANSYS软件是以有限元分析为基础的人型通用CAE软件，本文采用ANSYS软件对T型螺旋锥齿轮数控铳床关键部件进行静刚度分析。1机床总体结构型式T型螺旋锥齿轮数控铳床结构如图1所示，1、动力头部分2、工作台部分3、工件。2机床关键零部件实体模型建立在T型螺旋锥齿轮数控铳床设计中，利用Pro_E三维设计软件建立了数控铳床各关键零部件的实体模型，并虚拟装配成整机。其中动力头中间U型架、回转部

4、件、Z向滑动体等部件是该型号数控铳床关键零部件，它们的刚度都会对整个机床的精度产生重要的影响，因此,对它们进行静刚度分析也是十分必要的。限于篇幅，本文仅以动力头中间U型架为例来研究ANSYS在T型螺旋锥齿轮数控铳床设计中的应用。在T型螺旋锥齿轮数控铳床实体模型中动力头中间U型架的实体模型可以直接导出，其实体模型如图2所示。3ANSYS的分析步基于ANSYS的静刚度分析属ANSYS结构分析屮的静力分析问题，即求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。典型的ANSYS结构分析过程包括3个步骤：(1)前处理阶段该软件具有较强的前处理功能，能够创建实体模

5、型及有限元模型。前处理包括创建实体模型，定义单元属性、划分网格和模型修正的内容。利用只能网格划分，可以处理大多数不规则的实体模型。其材料库和单元库非常丰富，可以定义各种材料。(2)求解阶段求解模块是程序用来完成对已经生成的有限元模型进行力学分析和有限元求解的。在此步骤小，可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步骤选项。(3)后处理阶段ANSYS的后处理过程包括两个部分：通用后处理模块P0ST1和时间后处理模块P0ST26o通过这些友好的用户界面，可以很容易得到位移、温度、应力、应变、速度等计算结果，输出形式可以以图形显示和数据列表两种。4

6、U型架有限元分析对于该铳床动力头中间U型架的静力结构分析，具体步骤如下：d)模型导入及网格划分因为用Pro_E三维软件建模比用ANSYS建模要更方便、快捷、易于修改，所以就在Pro_E中建好三维模型后再导入ANSYS中。其具体操作是：建成模型后点击File-^SaveaCopy,在Type项选屮IGES(*・igs),这样就把Part(*・prt)文件转化为IGES(*・igs)文件，然后在ANSYS中点击File-Import即可打开看到模型。由于该部件的结构较为复朵，所以选用实体单元S0LID92并采用ANSYS智能划分网格方式，按照6级

7、精度对该部件进行网格划分。其材料为铸铁，弹性模量材料为E=1.3EllN/m泊松比y二0.3。网格划分完成后，如图3所示。图3b)施加载荷和进行求解计算ANSYS的载荷可以分为六大类：位移约束、力、表面分布载荷、体积载荷、耦合场载荷，载荷可以直接施加到实体模型上的关键点、线和面。也可以施加到有限元分析模型上的单元和节点。U型架与Z向滑动体通过轴进行连接的，因此，把轴承与U型架接触面设置为全约束，如图3中的1号、2号两曲面，即U型架上该曲面所有节点的各自由度为0。考虑到U型架与电主轴部分是而接触，所以，经计算该部件所受表面压力载荷为57159

8、P3,如图3中3号平面。其口身重力为5841No施加约束及载荷后，选者相应的命令，ANSYS开始求解计算。c）运算求解及结果分析ANSYS计算结束后进入后处理P0S