双牛头电火花机床平滑枕的轻量化设计-论文.pdf

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1、２０１４年３月机床与液压Ｍａｒ２０１４第４２卷第５期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ４２Ｎｏ５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１４０５０２６双牛头电火花机床平滑枕的轻量化设计牛金磊，李锻能，丰树礼（广东工业大学机电工程学院，广东广州５１０００６）摘要：根据企业实际需求，对某型号双牛头电火花机床平滑枕结构的静、动态特性以及轻量化进行研究，在外形结构尺寸和所用材料的约束下，通过对不合理筋板结构的改进和针对主要尺寸参数灵敏度分析的基础上，最终得出优化设计模型。仿真分析结果表明：优化后的模型在确保静、动态特性

2、的基础上，轻量化效果明显，质量减轻达１２０７％。关键词：平滑枕；双牛头式电火花机床；灵敏度；轻量化中图分类号：ＴＧ５０２１文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）５－０９３－２ＡＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＤｅｓｉｇｎｏｆＳｍｏｏｔｈＰｉｌｌｏｗｉｎＤｏｕｂｌｅＴａｕｒｅｎＥＤＭＭａｃｈｉｎｅＮＩＵＪｉｎｌｅｉ，ＬＩＤｕａｎｎｅｎｇ，ＦＥＮＧＳｈｕｌｉ（ＭｅｃｈｉｔｒｏｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａ

3、ｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅａｃｔｕａｌｄｅｍａｎｄ，ｔｈｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｍｏｏｔｈｐｉｌｌｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｄｏｕｂｌｅｔａｕｒｅｎＥＤＭｍａｃｈｉｎｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｚｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ，ｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｐｌａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍａ

4、ｉｎｓｉｚｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｏｄｅｌｗａｓｇｏｔｔｅｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｍｏｄｅｌｅｎｓｕｒｅｓｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄｈａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｅｆｆｅｃｔ，ｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓａｍｏｕｎｔｓｔｏ１２０７％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｍｏｏｔｈｐｉｌｌｏｗ；ＤｏｕｂｌｅｔａｕｒｅｎＥＤＭｍａｃｈｉｎｅ；Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ；Ｌｉｇｈｔｗ

5、ｅｉｇｈｔ现代电火花加工技术的发展对于机床的精度和稳求和实际尺寸建立平滑枕实体模型。定性提出了越来越高的要求。由于牛头式电火花加工在平滑枕的安装尺寸、外型大体结构和使用材料机床具有承载能力强、工件安装稳定性好、检测方约束的条件下，主要的设计参数为：内部筋板的结构便、滑枕移动轻捷且加工精度不受工作台负荷的影响和厚度、两侧外壁板厚度、外壳上壁板开窗位置。等优点，因此这种结构形式被广泛采用于大中型火花１２平滑枕静、动态特性分析加工机床的设计［１］。双牛头电火花加工机床的工作效率比单牛高出２倍以上，目前，被企业广泛使用。尤其在加工模具的窄槽、冒孔、拐角时，电火花机

6、床发挥了重要优势［２－３］。但是牛头式结构使得其主轴相关部件的精度受重力的影响较大，因其作为运动部件，对其进行轻量化设计不仅可以实现节能减材的作用，而且对整机的静、动态特性的改善也有显著的影响。以某型号双牛头电火花加工机床的平滑枕为研究对象，以平滑枕的轻量化为最终的设计目标，在确保其静、动态特性的基础上进行优化设计，以期达到良好的效果。１平滑枕静、动态特性分析１１建立平滑枕有限元模型图运用三维实体建模软件１平滑枕在整机中的装配关系ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立实体仿真平滑枕的材料为灰铸铁，弹性模量９模型，忽略对模型刚度影响不大的小结构件和小特征Ｅ＝１１×１０３

7、。由于平滑（如倒角、圆角等），这样有利于提高划分的有限元Ｐａ；泊松比为０２７；密度为７２００ｋｇ／ｍ网格的质量和分析精度，缩短计算时间。根据以上要枕悬伸至机床Ｘ正方向极限位置时（如图１）产生的收稿日期：２０１３－０３－０４基金项目：广东省教育部产学研结合资助项目（２０１２Ｂ０９１１０００２３）作者简介：牛金磊（１９８６—），男，硕士研究生，主要研究方向为数控装备制造及其自动化。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｌｅｉｎｉｕ＠１６３ｃｏｍ。·９４·机床与液压第４２卷变形最大，此时静止状态所受的外部载荷主要为主轴动态特性的灵敏度影响较小而对质量的变化影响较大调整座、主轴头

8、、工具电极的重力，取最大值４５００的参数作为设计变量