VMC-1000型立式加工中心立柱结构分析与动态设计.pdf

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1、·设计与研究·组合机床与自动化加工技术文章编号：1001—2265(2010)04—0006—07VMC．1000型立式加工中心立柱结构分析与动态设计术徐开元，徐武彬，张宏献，唐满宾(1．广西工学院机械工程系，广西柳州545006；2．广西柳州市正菱集团有限公司，广西柳州545005)摘要：以立式加工中心立柱结构作为研究对象，提出了三种不同结构，并运用有限元思想，利用ANSYS软件对其进行了结构分析和板筋试验研究，得到现有立柱的静动态特性。给出内部板筋的最佳结构形式，为今后机床板筋设计提供必要的理论依据。‘关键词：立柱；有限元；结构分析；优化中图分类号：TH122；

2、TG502文献标识码：AResearchonStructureAnalysisandDynamicDesignofVMC-1000VerticalMachiningCenterColumnXUKai．yuan，XUWu．bin，ZHANGHong．xian，TANGMan—bin(1．DepartmentofMechanicalEngineering，GuangxiUniversityofTechnology，Liuzhou545006，China；2．ZhengLingGroupCo．，Ltd，LiuzhouGuangxi545005，China)Abstract

3、：Verticalmachiningcentercolumnstructureastheobjectofstudy，proposedthreedifferentstruc-tures，andusefiniteelementthought，carriedoutthestructureanalysisandLigamentpilotstudyusingANSYSsoftware，getstaticanddynamiccharacteristicsoftheexistingcolumn．Thebeststructuresgivenintheformofinternalli

4、gament，forthefuturedesignofmachinetoolsprovidethenecessarytheoreticalbasis．Keywords：column；f'miteelement；structureanalysis；optimization及约束情况如图2所示，其内部板筋结构形式多样，图O引言3为三种不同的立柱前后面的板筋形式。本文将根据数控机床是实现制造技术和装备制造业现代化的有限元分析，确定立柱中不同板筋形式对立柱的静动重要基础装备，其性能、质量和拥有量是衡量一个国家态性能影响，分析出最佳的结构形式。工业现代化水平、综合国力的重要标

5、志。立柱是加工中心重要结构部件之一，其结构特性对加工中心的性能影响很大。主要体现在加工精度、抗震性能、切削效率、使用寿命等方面。因此立柱是加工中心中最关键的受力构件，它的强度、刚度好坏将直接影响到机床的精度和寿命⋯。由于立柱结构形状较复杂，采用一般方法对其进行静、动态特性计算比较困难，甚至不可能。有限元分析方法虽然已在航空、航海、机械等领域得到广泛应用，许多产品仍沿用传统的设计方法。图1前视图、等二侧视图、右视图本文将运用结构动态设计原理和有限元法，用ANSYS1+力软件对加工中心立柱部件进行静力分析和模态分析，研究对比了三种立柱结构内部板筋形式对其静动态性1+力能

6、的影响，给出内部板筋的最佳结构形式。了解各零部件的应力应变情况及变形情况，考查在哪些方面还有进一步提高的空间。尽量减轻机身重量、提高强度和刚度，为今后机床板筋设计提供必要的理论依据。立式加工中心的三维视图如图1所示，立柱受力图2立柱受力及约束图收稿日期：2009—11一lO：修回日期：2009—12—04基金项目：柳州市科学研究与技术开发计划项目(2007040201)；车辆零部件数字化设计公共平台建设(桂科能08126002)作者简介：徐开元(1985一)，男，广西工学院机械硕士研究生，研究方向为数字化设计与制造，(E—mail)ky198511@qq．corn。

7、·6·2010年第4期·设计与研究·稳定作用的压块，大约为1吨重。一般情况下，我们会利用三维建模软件如PRO／E，UG来建立实体模型，然后导人ANSYS进行后处理及求解。但在机床结构中有许多小的结构和特征，这些小结构和特征在建立的仿真有限元模型中，计算时会占用大量计算资源，造成网格品质下降，影响结构的分析精度。因此在建模过程中需进行必要的简化，忽略CAD模型中的所有小特征，包括倒角、倒圆、小孔以及凸台图3三种板筋形式(A结构B结构C结构)等。将Pro／E模型简化后，导人ANSYS。在模型导人成立柱结构形式不一样，其性能不一样，重量不一功后，也会出现因ANSYS无