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立式加工中心静态刚性分析

文字:[大] [中] [小] 2019/08/15     浏览次数:    
立式加工中心静态刚性分析

立式加工中心作为制造业中一个重要的加工设备,具有高效率,高加速度,高精度等特点,被广泛应用 在航空、航天、汽车工业、模具、大型复杂零件制造等诸 多领域[1 - 3]。随着制造业的不断发展,对加工设备的性能要求越来越高,为了实现高速立式加工中心的高加速度、高精度等特点,加工中心本身必须具备良好的 刚度。机床静刚度是指在静态载荷作用下,机床抵抗变形的能力,其决定着机床的加工精度[4]。测试静刚度可以采用实验法,对龙门数控机床关键结合面的静刚度进行了实验研究,为结合面法向静刚度的深入研究提供了新的途径[5]; 寸花樱等对机床主轴系统的静刚度进行了分析与实验研究,证明该有限元模型的准确性,得出了其轴向静刚度存在一定的非线性[6]。随着应用数学、现代力学和计算机科学的发展,有限元法的计算精度不断提高,广泛应用于机床性 能测试[7]。等利用有限元法对五坐标龙门式加工中心进行了静动态分析,并提出优化方案[8]。何强等建立了加工中心皮带轴的有限元模型,对其进行热态特性研究,在其温控范围内进行合理的结构设计[9]。

本文以某机床为研究对象,应用有限元法对其进行静态性能分析,得到了整机静刚度,并进行了整机静 刚度实验测试,验证了有限元分析结果。

1、立式加工中心的结构组成

立式加工中心主要由主轴箱、立柱、工作台、滑座、 床身、床身底座等几大部分组成。其结构示意图如图1 所示。

本次研究参照某型号实体机床,测量主要零部件尺寸,根据圣维南定理,简化了其一些细小结构, 通过 SolidWorks 软件分别建立了其各部分结构三维模型。

5 结语

建立了立式加工中心整机三维模型,通过有限元分析,得到了立式加工中心三方向静刚度; 设计了立式加工中心静刚度测试实验,得到了加工中心实际刚度值。实验结果与有限元分析结果进行比较,分析值与实际值比较接近,X、Y、Z 误差分别为 9. 03% 、2. 07% 、8. 92% ,证明了该有限元模型建立正确,为后续立式加工中心设计打下了基础。

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