基于有限元的高速龙门五轴加工中心动静态优化设计.pdf

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1、机械设计与制造第l2期36MachineryDesign&Manufacture2011年12月文章编号：1001—3997(2011)12～0036—02基于有限元的高速龙门五轴_Y--中心动静态优化设计术张磊谢志坤李焱史科科高柏宏(沈阳机床集团设计研究院，沈阳110142)Optimizeddesignforstaticanddynamiccharacteristicsofhigh-speed5-axisgantry—typemachiningcenterbasedonFEMZHANGLei，XIEZhi-kun，LIYah

2、，SHIKe-ke，GAOBai—hong(DesignandResearchInstitute，ShenyangMachineToolGroup，Shenyang110142，China)￡十t^l十J^t，^十1￡谴一十§十毒一十一十^”q、e一4q￡十、e}．^毒}十、}十十、e十毒1b^一斤十4t—【摘要】高速龙门五轴加工中心是航空航天、模具和汽车等高科技领域的关键加工装备，机床的动静态特性是影响机床性能的重要因素，将间接或直接影响机床最后的加工性能；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桥梁、横

3、梁、滑板、滑枕、工作台和双摆头等主要部件进行了静力学分析和模态分析，发现横梁与滑枕为影响整机动静态性能的薄弱环节，对横梁与滑枕的截面形状和筋板布局进行设计改进，从而提高了机床的动静态性能。关键词：直线电机；高速龙门五轴加工中心；模态分析；有限元分析【Abstract】speed5一axisgantrymachiningcenterisakeydeviceinthehi：gh-techindustriessuchasaerospace，moldmanufacturing，vehicle，etc．，whichdynamicandst

4、aticcharaeteristicofmachinetoolsisthemainfactorsthatmayafectthemachiningperformanceofthetoolsindirectlyordirectly．Inthedesignofahighspeedgantrymachiningcenter,bothstaticforceanalysisandmodalanalysisareperformedwiththehelpofFEMso~wul"eforthecontpletemachineanditsmainc

5、omponentssuchassupportingwalls，beam，slidingboardandramaswellasworkingtableanddoublependulum，etc．Accordingtotheseanaly-ses，thefrailpartsthatimpactthedynamicsofthewholemachineseriouslyarefound，andtheimprovedde-signforthebeamandra?nhasbeendonebythechangeofcrosssectionan

6、dribarrangement．Throughthesemodifications，thepe~rmanceofmachinetoolisimprovedgreatly．Keywords：Linearmotor；Gantry5axismachiningcenter；Modalanalysis；FEM中图分类号：TH16，TG502文献标识码：A1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、模具和汽车等高科技领域的关键加工装备。机床的动静态特J生是影响机床性能的重要因素，将

7、间接或直接影响机床最后的加工性能，特别是对于高速高精度机床，研究其动静态性能对机床性能的影响就尤为重要lj。因此在机床的设计过程中采用有限元分析技术，发现横梁与滑枕为影响整机动静态性能的薄弱环节，对其结构进行优化改进，从而提高了机床的动静态性能。图1高速龙门五轴加工中心结构示意图2机床的有限元分析1．桥梁2．工作台3．横梁4．滑枕5．滑板6．双摆头2．1建立有限元模型网格划分质量直接影响模型的计算精度，为了提高网格质高速龙门五轴加工中心主要由左右桥梁、横梁、滑板、滑枕、量，需要在网格划分阶段进行严格控制。左右桥梁、滑板和滑枕等工

8、作台和双摆头等部件等组成，如图1所示。其中横梁及滑板的相对规则的物体采用六面体划分；横梁结构比较复杂，采用等边驱动均采用直线电机，滑枕的驱动采用双丝杠驱动。先将整机各四面体划分；依据各个零件尺寸大小的不同，单元尺寸大小分别部件建立ProEngineer三维实体模