1 數控龍門銑床整體方案
數控龍門銑床的平臺跨距大,作業速度快,整機性能對作業效率與加工質量影響極大。橫梁結構質量大、剛度強是影響整機靈活性與定位精度的重要部件。本次研究通過模擬雙橫梁結構對數控龍門銑床整體方案進行設計。
2 機床受力分析
數控機床加速快、進給速度高,在進行性能評估時不能忽略慣性對機床的影響。本次研究利用ADAMS軟件的動力學分析功能對機床受力情況進行研究。首先建立龍門銑床的動力學模型,如圖2所示;然后在立柱與床身、地面之間分別施加約束,在床身與靜橫梁之間、滑塊與滑枕之間、靜橫梁動與橫梁之間分別建立直線移動副;并將加速度設為g,分析此時數控機床各部件的受力情況。當機床部件沿著Y軸作加速度為g的直線運動時,ADAMS軟件分析靜橫梁在X軸與Y軸方向的受力均為85kN左右;當機床部件沿著X軸運動時,ADAMS軟件分析動橫梁在X軸與Z軸方向的受力均為34.5kN左右。再對傳統機床結構在相同運動條件下各部件的受力情況進行分析,橫梁在X軸方向的受力約為266kN,遠超雙橫梁結構下機床各部件所承受的壓力。
3 機床有限元模型及動態特性
本文利用Hypermesh軟件構建機床的有限元模型。首先建立數控龍門銑床的三維幾何模型,其次導入到處理軟件進行求解分析,然后再導入Hypermesh軟件中,建立有限元模型。在有限元模型中,可以運用Ansys軟件對機床模態進行解析,分析機床的動態特性。
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動態特性是指機床在運行狀態下的穩定性,是影響工件的加工質量、刀具系統維護等的重要參數,尤其在現代機械加工行業,數控機床的切削速度進一步加快,動態特性分析已經成為機床設計與評估的重要內容。通過機床的有限元模型對其動態特性進行分析,發現影響機床性能的因素主要包括以下幾個方面:
1)結合部的阻尼特性和剛性。組成龍門銑床的零部件較多,各零部件間連接方式復雜多樣,零部件之間的連接區域稱為結合部,結合部的阻尼特性和剛性是影響機床整體動態性能的重要因素。統計數據表明,機床振動問題中約六成是由結合部引起的。
2)靜態剛度是影響機床動態特性的另一重要因素。由于滑枕位于橫梁中間位置時機床受力最大,變形最明顯,選擇這個位置作為靜態剛度的初試分析位置,可得到更嚴謹的測試結果。 3)數控機床的加速快、進給速度高,啟動和運行需要的驅動力都較大,這一過程中機床性能也會受到影響。借助有限元模型對機床動態特性進行預估和分析,能夠有效促進機床結構的優化,對機床設計和制造具有極為重要的意義。