基于有限元分析的电火花加工机床变形研究

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1、制造技术研究2012年12月第6期基于有限元分析的电火花加工机床变形研究李艳杨大勇刘建勇郭妍（北京市电加工研究所，北京100191）摘要：以牛头式电火花加工机床为研究对象，应用SolidWorks软件建立三维模型，并利用ANSYSWorkbench软件进行有限元分析。结果表明：滑枕、Z轴和Z轴底座是牛头式电火花加工机床发生变形的主要部件。随着Z轴的向上运动，变形量呈增加的趋势。Z轴施加配重，不仅有利于减小电机的负荷，提高机床的承载能力和运动灵敏度，而且有利于减小机床的变形。关键词：电火花加工；有限元分析；ANSYSWorkbench软件；变形StudyonDeformation

2、ofElectricalDischargeMachineBasedonFEALiYanYangDayongLiuJianyongGuoYan（BeijingInstituteofElectro-Machining,Beijing100191）Abstract：The3DmodelofNgau-Tau-typeEDMmachinewasestablishedbySolidWorkssoftware.ThenfiniteelementanalysiswascarriedoutbyANSYSWorkbenchsoftware.Theresultsshowthatram,Z-axis,

3、andZ-axisbasearethemajorpartsofthedistortion.ThedeformationisincreasedwiththeupwardmovementofZ-axis.ThecounterweighttoZ-axisisnotonlybeneficialtoreducemotorload,improvethebearingcapacityandmotionsensitivityofthemachinetool,butalsogoodforreducingthedeformation.Keywords：EDM；finiteelementanalys

4、is；ANSYSWorkbenchsoftware；deformation1引言析已经无法反映出机床的整体性能。要对电火花加工机床变形进行准确的预测，必须对机床整机进行分电火花加工机床广泛应用于航空、航天、汽车制析。由于机床整机结构复杂，很难建立数学模型计算造业和模具制造业等相关产业。当今制造领域向着产其变形，而有限元分析是研究复杂结构件变形的有效[4，5]品高精度化、材料多样化、加工复杂化方向发展，对手段。本文以牛头式电火花加工机床为研究对象，[1～3]电火花加工机床提出了更高的要求。牛头式电火应用有限元方法，分析Z轴在不同位置时机床的变形花加工机床由于具有加工精度不受工作台

5、负荷影响、量，并分别对Z轴未加配重和Z轴施加配重两种情况下总体刚性高的特点，广泛应用于国内外一些中高档电机床的变形量进行比较分析。火花成形加工。牛头式机床的工作台一般是固定不动的，床身上安装有滑板和滑枕，实现机床沿X向和Y2有限元模型的建立向的移动，Z轴安装在滑枕上，实现机床沿Z向的移动。在机床设计中，仅局限于机床各个部件的变形分ANSYSWorkbench软件是以有限元分析为基础作者简介：李艳（1980-），博士，机械制造及其自动化；研究方向：精密数控电火花加工机床及功能部件设计。基金项目：国家科技重大专项课题资助项目(课题号：2009ZX04003-022)；北京市博士后工

6、作经费资助项目(课题号：2011ZZ-56)。收稿日期：2012-10-1238制造技术研究航天制造技术[6]的大型通用CAE软件，但在复杂零部件建模方面与形和加工的影响；其次，设定边界条件，并给出约束大型三维建模软件相比还存在一定的差距。先利用三条件；第三，考虑电极重量的影响，假设电极重20kg，维实体建模软件进行建模，再进行有限元分析，是进转化成相应的载荷施加到电极安装板上。经过前处行复杂零部件变形分析的有效方法。SolidWorks软件理，加载合适的、有效的约束和作用力，即可选择是基于特征的三维参数化CAD软件，具有很强的三维Solve命令进行求解。为了研究Z轴上下运动时

7、机床实体建模功能。本文先利用SolidWorks软件建立机床整机的变形情况，选取3个有代表性的位置，即Z轴的三维几何模型，然后导入ANSYSWorkbench中完成位于行程底端、行程顶端和行程中间位置进行变形分变形分析。图1所示为由SolidWorks软件导入到析。ANSYSWorkbench软件后得到的电火花加工机床三维模型图。当电火花加工机床的三维模型导入到ANSYSWorkbench软件后，开始设定接触类型和接触方式。在分析求解之前需要设定材料属性，包括弹性模量、泊松比和密度。下一步进