基于ANSYS的数控铣床立柱有限元分析.pdf

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1、基于ANSYS的数控铣床立柱有限元分析口罗生梅口刘志强兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要：基于三维建模软件建立立柱的结构模型，利用有限元分析软件对数控铣床的立柱进行静力分析，通过ANSYS的分析．为数控铣床立柱的优化设计提供了理论依据，缩短了设计周期。关键词：有限元法静力分析立柱优化设计中图分类号：TH123文献标识码：A文章编号：1000—4998(2015)05—0047-02现代企业之间的竞争焦点正转向寻找和应用高1．2接触分析理论速、高效和智能化的工程分析手段，以提高产品的设计在有限元模型中．接触的两个体

2、相互之间不发生开发能力以及产品性能和质量，延长使用寿命，缩短产穿透。因此，两个接触面之间要建立一种接触关系，以品投放市场的时间，降低成本，增强产品的竞争力。防止初始穿透时造成计算误差，这种关系称为强制接立柱是数控铣床设计中最应深入研究的部件，其触协调。强制接触协调的方法有3种：罚函数法、结构性能的好坏对机床的加212精度有非常大的影响。Lagrange乘子法、增广Lagrange法。在传统设计中，为提高刚度往往采用增大立柱壁厚和在ANSYS中，对于接触问题常常采用罚函数方采用复杂加强筋的保守结构．结果造成机床立柱质量法进行

3、分析．罚函数是通过“弹簧”在两个面之间建立的增大，不仅导致立柱动态响应慢，而且增加制造成一种关系，这种关系通常由两种参数表示，分别为接触本。因此，在设计中确定立柱最佳的质量刚度比已成为刚度(“弹簧刚度”)和穿透量(“弹簧压缩量”)。当接触数控机床结构设计中一项重要技术。面分离时，“弹簧”不起作用，开始穿透时，“弹簧”才起作用。有限的穿透量和接触刚度可产生接触力，因此穿1有限元分析的基本理论透量必须大于零，但实际上穿透量是很小的(几乎为1．1有限元非线性求解理i{-零)，所以在分析中，在保证计算收敛的前提下，穿透量南于机床各

4、部件在加工时的相对位置存在接触滑应当尽量小，而接触刚度应当尽量大。这样才能更接近移，因此考虑接触滑移问题是必不可O-"的步骤，接触滑部件之间真实的接触情况[23。移是非线性问题．在进行机床性能分析时，应当采用非2数控铣床立柱有限元模型的建立线性分析求解。结构非线性有限元分析最终归结为一组非线性代数方程的求解，非线性代数方程组的求解2．1几何模型的建立方法很多，要根据问题的非线性程度、计算结果等因素由于数控铣床的立柱结构复杂，采用CAD建模来选择恰当的方法。以下介绍一种常用的求解方法。时．虽然在几何模型的建立方非线性方程一般

5、采用Newton—Raphson方法(简称面可以节省大量时间。但在有N—R法)，它是求解非线性方程的线性化方法。以几何限元模型建立过程中，网格的非线性问题为例，结构的平衡方程为：划分往往不容易得到理想的[({6})]{艿}={F}(1)结果，因此，在Pro／E中建立本[({})]{}=Ft}模型。建立过程中，对机床加写成N—R法的迭代公式：工精度影响不是很明显的某[({})]{△}={}一F{}={△}(2)些部件或部位(例如：滚珠丝{+}={}+{△I+}杠的螺纹、齿轮、轴承、圆角式中：为整体刚度矩阵；{}为位移向量；{

6、}为整体等)在几何模型上进行简化，位移矩阵；{+}为位移增量矩阵；[]为单元切线刚几何模型如图1所示。度矩阵，它表示荷载增量与位移增量之间的关系；{F}2．2有限元模型的建立为整体载荷矩阵；{}为支座约束反力；{AR}为失衡2-2．1单元类型的选择力由于该铣床无复杂曲面，可采用8节点六面体等收稿日期：2014年11月参数单元(Solid185)来满足计算精度的要求。该单元类机械制造53卷第609期2015／5圃l