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1、2第十三届1省(市、区)4市铸造会议暨第七届安徽省铸造技术大会论文集机床关键铸件结构优化熊康[`吴志超[,]程杰[2]叶升平[`]]([l]华中科技大学xion笋an解49@163.com[2]武汉高科机械):,,摘要针对使用消失模铸造生产的某型号数控加1几中心采用有限元软件对其中的关键铸件进行结构验证分析结合铸造质量,,从提升铸造质量和提高部件结构强度方面考虑进行减重和结构设计的理念优化铸件尺寸结构.,。,,,尝试得到了预期的结果最终立柱动态刚度提高189%底座质量减轻8%满足使用要求保证了铸件质量。关键词:消失模铸造;机床;铸件;优化1.引言,
2、机床作为工业的基础设备其加工精度和质量要求都很高。目前机床部件大都采用铸造生产,机,床铸件的结构不仅直接决定部件的结构强度也影响铸造质量。目前国内机床部件都在尝试采用消失模铸造工艺替代传统的砂型铸造工艺,生产的铸件具有表面、、。质量好加工余量小精度较高等优点如图1所示,为某型号的立式加工中心。传统的机床铸件设,计都是从砂型铸造的角度考虑国设计往往比较保,,。守安全余量较大不太符合现代机床的要求,本文将从结构设计和铸造质量出发对机床关键,,部件进行分析优化以得到结构强度高铸造质量,。好的铸件以提升机床整机的质量图1整机模型.2铸件结构分析优化2.1底
3、座结构分析,,,机床的关键部件有底座和立柱其中底座是数控机床的基础部件承载大部分的工作部件,,,,,一般设计余量较大可以通过优化结构减少铸件重量优化铸件结构减少铸造缺陷提高,。。AnsysWOr结构强度提升加工质量下面利用kbenhc针对底座铸件进行结构优化首先加载几何模型。为了保证模拟的准确度,保留所有的建模特征。特别是铸造圆角,目前国内学者对,,,机床做结构优化的时候一般都从设计角度而言认为铸造圆角对于机床的性能影响不大为,。,了节省计算的时间对较小的圆角做出一定的简化但是从铸造角度来讲保留圆角对于铸件,,,。意义重大防止铸件产生裂纹减少缩孔缩
4、松保证充型的平稳,。,,首先对底座进行静力分析和动态分析为了准确反映底座的受力情况加载所有的模型,,,划分网格再针对底座的网格进行优化和细化然后添加重力加速度对工作台施加切削力载。。荷得到的总变形和应力如图2所示,,,可以看到底座的最大变形量为.001392出现在底座的排屑槽部位不影响机床的加工~。,,质量而位于重要承载部位的变形量在.0006一.0007之间出现在底座的中心部位根据加~第十三届21省尤市、区)4市铸造会议暨第七届安徽省铸造技术大会论文集工中心的验收标准,变形量是合格的。底座受到的最大应力为3.9263MaP,主要出现在底座内,。,
5、的筋板结合部位远远小于许用应力通过底座的变形量和应力分布可以确定底座的安全余,,,。量较大并且应力分布较为均匀没有出现应力集中底部的筋板结构设置合理在满足使用,。要求和加工质量的前提下可以对机床进行适当的减重和结构改进`如让厂一一一当一—11比、门1到比抽“l........「-甲二{,】......盯-二月伪、,价n(1)整体网格划分(2)底座网格细化图2网格—划分一图3底座变形量图4底座应力分布,,,然后针对底座进行模态分析单独提取底座模型再次进行网格划分这里底座是放置在防,,,震垫铁上依靠整体的自重固定在底面上所以施加约束的时候是固定在四个防
6、震垫铁上加载边界条件后进行求解,可以得到如表所示的前六阶固有频率。表1底座前六阶固有频率阶次一阶二阶三阶四阶五阶六阶频率(Hz)151.30221.67326.34326.87341.87345.50其中,一阶模态对于底座的稳定性比较重要,从表中可以看到一阶固有频率为1sl.30ZH,,即当加工中心的转速接近906帅m时候会引发共振而加工中心的最高转速不超过8500rpm,所以可以认为该底座的结构合理。观察前三阶的振型可以发现,前两阶振型主要是底座的排屑,,槽在分别整体向上弯曲和上下弯曲第三阶则是内部的筋板弯曲主要的承载部位均没有发生,,。变形底座
7、在处于工作载荷状态时结构比较稳定如图5所示化目标是在满足结构强度的前,,。提减少底座重量节约成本a()一阶振型b()二阶振型(c)三阶阵型图5前三阶振型、第十三届21省(市区)4市铸造会议盛第七届安徽省铸造技术大会论文集2.2立柱结构分析,,,立柱的模型如图所示对于立柱来说固有频率至关重要因为它对机床的加工精度有直,,,,接的影响在非连续切削加工中由于切削力的存在形成固定的振源当振源频率接近立柱,,,。的固有频率时候就会引起立柱共振降低加工精度在工件表面留下振痕川,:对立柱进行模态分析得到的前六阶固有频率如表所示表2立柱前六阶固有频率阶次一阶二阶三
8、阶四阶五阶六阶.频率(Hz)116.97202.09328.1841688428.95460.8可以看到,一阶固有频率为1
