2008 年,根據(jù)國內(nèi)外市場需求, 在生產(chǎn)傳統(tǒng)數(shù)控機床的基礎(chǔ)上, 立項研發(fā)高速精密數(shù)控雕銑機。 其主要技術(shù)指標: 工作臺面積 500mm×400mm, 主軸最高轉(zhuǎn)速 24000r / min, 最大連續(xù)輸出扭矩 50N?m, 快速移動 15m / min, 定位精度 0.01 / 300mm, 重復(fù)定位精度0.005mm, 主軸電動機功率為 5.5kW。 這是一臺兼具高精度和高速、 高效化的新型數(shù)控雕銑機, 對機床靜動態(tài)穩(wěn)定性研究要求較高。
因此, 結(jié)合筆者參與對新型數(shù)控雕銑機的設(shè)計研制過程, 本文以 Unigraphics NX5.0 和 ANSYS 10.0 為工具, 開展了 GSFD4050 高速精密數(shù)控雕銑機結(jié)構(gòu)特性分析與研究。該機型外形如圖 1 所示。
1 整機結(jié)構(gòu)簡化與有限元模型生成
1.1 整機結(jié)構(gòu)簡化
由圖 1 可以看出, 機床主軸采用的是電主軸, 其通過主軸套筒直接安裝在主軸箱上, 實現(xiàn)機床的切削加工。 床身由于要承受機床工作過程中所有的外力及支承其它部件, 其力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)要求較高。 機床生產(chǎn)廠家往往借鑒其它類型機床結(jié)構(gòu)特點, 對其結(jié)構(gòu)進行簡化。 但要保證其足夠的剛度, 在其內(nèi)部設(shè)置了較多的加強筋、 肋板、 倒圓角等。
如果對構(gòu)成整機的這些部件直接建立有限元分析模型, 因結(jié)構(gòu)、 大小、 材質(zhì)不同, 會很難進行或者無法進行有限元網(wǎng)格劃分 [1-2], 從而建立不了用來進行分析的整機模型。 因此, 參考國內(nèi)外通用的做法, 在受有限元分析軟件特點和單臺計算機內(nèi)存有限的情況下, 忽略整機部件上對整機性能影響較小的加強筋、 肋板、 倒圓角等結(jié)構(gòu), 以及主軸發(fā)熱對機床的影響和主軸部件的微小變形對整機的影響等因素, 而對整機動、 靜態(tài)特性影響較大的床身-立
柱-橫梁構(gòu)成的整機框架進行重點分析 [3]。
對于結(jié)構(gòu)部件的小圓角、 小倒角全部以直角處理; 小角度斜面以平面處理, 去除對分析無影響或影響較小的搭子面、 螺孔及孔內(nèi)部筋孔等, 去除安裝地腳螺釘?shù)陌疾郏?去除安裝導(dǎo)軌壓板的斜槽, 去除安裝光柵的支撐臺 [4]。 工作臺以內(nèi)部布筋的箱體來簡化, 簡化后的床身、 立柱、 橫梁, 如圖 2~4 所示。
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宇匠數(shù)控專業(yè)生產(chǎn):高速精密 雕銑機、精雕機、石墨機、鉆攻中心、加工中心;
4 結(jié)論
(1) 運用 Unigraphics NX5 建立 GSFD4050 高速精密雕銑機床整機裝配模型。
(2) 通過 ANSYS10.0 軟件建立 GSFD4050 高速精密雕銑機床的整機有限元模型。
(3) 對 GSFD4050 高速精密雕銑機床的靜動態(tài)特性進行了詳細科學(xué)的分析。 通過靜態(tài)分析, 整機的靜態(tài)剛度滿足需要。 通過模態(tài)分析, 找出了整機的主振部件和固有頻率。
(4) 本文所采用的方法對先進制造裝備的結(jié)構(gòu)分析提供了較為有效的范例。
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