大型数控落地铣镗床主轴箱设计研究.pdf

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1、2010年第7期·工艺与装备·文章编号：1001—2265(2010)07—0071—04大型数控落地铣镗床主轴箱设计研究水夏链，姚银歌，翟华，季焓，潘康健，丰云(1．合肥工业大学机械与汽车工程学院CIMS研究所，合肥230009；2．芜湖恒升重型机床有限公司，安徽芜湖241000)摘要：通过CAD建立了主轴箱结构的三维模型，采用ANSYS进行静态分析，获得了主轴箱在铣削刚度最弱时应变，根据计算结果以增强刚度为目的改进主轴箱的结构。有限元分析结果表明，改进后结构刚度符合设计要求，为实际设计生产提供了理论基础。关键词：落地铣镗床；主轴箱；有限元；静力分析中图分类号：TH123：TG

2、65文献标识码：AResearchonDesignoftheNCBoringandMillingMachineSpindleBoxXIALian，YAOYin—ge，ZHAIHua，JIHan，PANKang—jian，FENGYun(1．SchoolofMachineryandAutomobileEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China；2．WuhuHengshengHeavyMachineCo．，LTD，WuhuAnhui241000，China)Abstract：TheNCboringandmilli

3、ngspindleboxCADmodelhasbeenbuiltbyCADsoftware，itisbeingana-lyzedthestaticcharacteristicsbyfiniteelementanalysisandobtainingthedisplacementinthepoorstiffnessconditions．Improvingitsstructuretostrengthenstiffnessbythecalculateresult．TroughFEA，theresultshowsthatthestructureCansatisfyitsrigidcoman

4、d．Itprovidesatheoreticalbasisfortheactualdesignandproduct．Keywords：spindlebox；FEA；staticanalysis；NCboringandmillingmachine0引言较小的设计要素。2主轴箱有限元建模主轴箱是数控铣镗床重要部件，主要用于安装机床主轴及其传动零件。数控铣镗床在加工过程中，滑2．1Ansys预处理．枕和镗杆要伸出主轴箱，结合有关附件的重力，使主轴根据经验设计，箱体导轨处刚度值是影响加工精箱前端向下变形，对立柱加载一个力矩，影响铣轴、镗度的主要因素。箱体、箱盖螺纹连接处的局部应力值轴、立

5、柱的刚度，降低了加工精度⋯。因此，主轴箱必对计算主轴箱的刚度影响较小，故螺栓连接简化处理。须有足够的刚度。传统设计主轴箱时大多采用经验公箱体和箱盖的连接采用布尔运算中Glue，方便后续网式进行验算，不能准确地计算出主轴箱各个部位的应格划分和求解。力和变形。文献[5]对同规格闭式结构主轴箱进行了2．2材料与属性有限元分析。本文主要对此规格开口式主轴箱的刚度主轴箱采用铸造，材料为HT300，密度为7400进行限元分析。用三维设计软件对主轴箱建立实体模kg／m，弹性模量为145GPa，泊松比为0．26，长度单位型，通过有限元软件计算其在铣削工况下的应力和变m。忽略温度的影响。形，并根据

6、计算结果以增强刚度为主要目的改进主轴箱的结构。为主轴箱的设计提供了理论依据，提高了2．3网格划分生产效率。Solidl85单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度，单元具有超弹性、应力l主轴箱CAD模型钢化、蠕变、大变形和大应变能力。采用Solidl85单运用三维软件SolidWorks进行建模。建模过程元，主轴箱划分为224505个单元，共63149个节点。中忽略了螺孔、凹槽及圆角等对有限元计算结果影响收稿日期：2009—12—21；修回日期：2010—03—24基金项目：安徽省十一五重大科技攻关项目(2008AKKG0391)作者简介：夏链(1964一

7、)，女，四川乐山人，合肥工业大学副教授，工学硕士，主要从事数字化设计与制造、机械CAD／CAE／CAM等，(E—mail)geziyao@126．eom。—·工艺与装备·组合机床与自动化加工技术2．4边界条件处理就难以保证，故有限元静力分析的关键在于此。图2节点总位移云图可看出主轴箱前侧导轨面节点的位移边界条件是有限元计算中的关键因素，对分析结值为：0．688×10～～0．207×10～m，根据经验，位移值果有重要影响。分析主轴箱实际工作状态，确定有限偏大，刚度不足，不能满足一定