立式加工中心作為制造業中一個重要的加工設備,具有高效率,高加速度,高精度等特點,被廣泛應用 在航空、航天、汽車工業、模具、大型復雜零件制造等諸 多領域[1 - 3]。隨著制造業的不斷發展,對加工設備的性能要求越來越高,為了實現高速立式加工中心的高加速度、高精度等特點,加工中心本身必須具備良好的 剛度。機床靜剛度是指在靜態載荷作用下,機床抵抗變形的能力,其決定著機床的加工精度[4]。測試靜剛度可以采用實驗法,王晶晶對龍門數控機床關鍵結合面的靜剛度進行了實驗研究,為結合面法向靜剛度的深入研究提供了新的途徑[5]; 寸花櫻等對機床主軸系統的靜剛度進行了分析與實驗研究,證明該有限元模型的準確性,得出了其軸向靜剛度存在一定的非線性[6]。隨著應用數學、現代力學和計算機科學的發展,有限元法的計算精度不斷提高,廣泛應用于機床性 能測試[7]。張建潤等利用有限元法對五坐標龍門式加工中心進行了靜動態分析,并提出優化方案[8]。何強等建立了加工中心皮帶軸的有限元模型,對其進行熱態特性研究,在其溫控范圍內進行合理的結構設計[9]。
本文以某機床為研究對象,應用有限元法對其進行靜態性能分析,得到了整機靜剛度,并進行了整機靜 剛度實驗測試,驗證了有限元分析結果。
1 立式加工中心的結構組成
立式加工中心主要由主軸箱、立柱、工作臺、滑座、 床身、床身底座等幾大部分組成。其結構示意圖如圖1 所示。
本次研究參照某型號實體機床,測量主要零部件尺寸,根據圣維南定理,簡化了其一些細小結構, 通過 SolidWorks 軟件分別建立了其各部分結構三維模型。
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5 結語
建立了立式加工中心整機三維模型,通過有限元分析,得到了立式加工中心三方向靜剛度; 設計了立式加工中心靜剛度測試實驗,得到了加工中心實際剛度值。實驗結果與有限元分析結果進行比較,分析值與實際值比較接近,X、Y、Z 誤差分別為 9. 03% 、2. 07% 、8. 92% ,證明了該有限元模型建立正確,為后續立式加工中心設計打下了基礎。
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