CXH660车铣复合加工中心立柱方案的有限元法优化设计.pdf

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1、CXH660车铣复合加工中心立柱方案的有限元法优化设计徐连江①曾晨辉②钟翔②胡睿①(①云南省机械研究设计院，云南省机电一体化应用技术重点实验室，云南昆明650031；②昆明台工精密机械有限公司，云南昆明650600)摘要：对CXH660车铣复合加工中心立柱的截面形状、导轨的分布形式以及加强筋结构布置进行了方案设计。并采用有限元分析方法对方案进行了优化设计。获得了立柱在不同载荷工况下的变形位移和应力分布，用变形补偿的方法保证立柱的几何精度。关键词：车铣复合加工中心立柱有限元变形补偿中图分类号：TH122文献标识码：BFEMoptimaIdesignofCXH660turnin

2、g—millingcompoundmachiningcenterSpillarprogramXULianjiang④，ZENGChenhui②，ZHONGXiang②，HURui(①KeyLaboratoryofElectric-mechnicalIntegratedApplicationTechnologyofYunnanProvince，YunnanMechanicalResearch&DesignInstitute。Kunming650031，CHN；②KunmingTai-GongPrecisionMachineryCo．，Ltd．，Kunming650600，CH

3、N)Abstract：Thisarticlefocusedonthecross-sectionshapeofpillar，distributionsofguiderailandstiffenedplatestructureofpillarofturning-millingcompoundmachiningcenterCXH660．Itusedthemethodoffiniteelementanalysisandgotthedeformationdisplacementandstressdistributionontheconditionofloadca—ses．Whilei

4、tismanufactured，theprocessingtechnologybythedeformationcompensationcanguaranteethegeometryprecisionofpillar．Keywords：Turning—millingCompound；MachiningCenter；Pillar；FiniteElement；DeformationCompensationCXH660车铣及立卧转换复合机床是针对国内汽根据A方案分析结果，结合用户使用情况，对本产品车、航天、军工等行业对高档数控机床的需求而研制开进行了重大改型，形成了产品新方案(B方

5、案)，又对B发的。该机床车、铣主轴采用大功率电主轴驱动，工件方案进行了全面CAE分析，验证了改型后的B方案各一次装夹调整后，能进行车削、铣削和钻削等多工序的项特性均优于A方案。复合加工。该机床是“产、学、研”合作而研发生产的根据B方案分析结果，在立柱的加工制造时，通新产品，体现了当今数控机床高效、高精和复合化的发过变形补偿使立柱的几何精度控制在允许的范围之展趋势。内，从而保证了机床的加工精度。立柱是车铣复合加工中心重要支承件，对整台机1方案设计床的性能影响非常大。我们根据立柱的载荷情况及其使用要求，对立柱的截面形状、导轨的分布形式以及筋根据其他机床设计经验和本机床的功能要求

6、，我板结构布置等进行设计，形成了本产品的首个方案(A们进行了方案设计并进行生产制造。方案)，使用有限元分析方法获得了立柱在载荷工况1．1A方案下的变形位移和应力分布，并提出优化及改型意见。1．1．1方案的特点昆明市科技计划工业与高新技术重大专项资金项目(09G040102)·79·方案如图1所示：立柱和横梁为整体形式，床身为兼顾并考虑铸造的工艺性，我们通过在横、竖方向筋板平放布置，立柱上支承床鞍的2个导轨均布置在立柱的中部开设矩形窗口的方法来减轻横梁的重量，并采的前侧，横梁中的加强筋为垂直和水平形式。用大圆角过渡，以避免因应力集中而造成铸件开裂，如图2所示。该机床采用直线滚

7、动导轨，上下两个导轨均布置在立柱的前面(图1)。该结构简单、加工方便，但受力情况不好，相对于横梁来说系统产生的重力偏心较大，刚度不好，横梁变形较大。用此方案试制1台后进行测试，发现变形很大，达不到预期的设计几何精度，为此我们用有限元方法对其变形和应力情况进行了理论分析。1．1．3A方案立柱结构的有限元分析利用Slidworks三维软件建立横梁的实体模型，同时略去一些不影响横梁刚度的细微结构，如小孔、小倒图1A方案三维模型角、小圆弧等，利用MSC—Patran软件进行前、后置处1．1．2立柱的截面形状、加强筋及导轨设