桥式龙门铣床滑枕有限元分析及优化设计

发布时间：2021-03-11 09:27

　　以桥式龙门铣床滑枕为研究对象,针对其结构特点,建立了滑枕有限元分析模型,利用ANSYS Workbench对其进行静动态特性仿真分析。根据有限元分析结果,找出原滑枕结构的薄弱环节,设计了5种滑枕结构改进方案,并运用静动态性能模糊综合评价方法实现滑枕改进方案的多目标优选。对优选方案的关键尺寸进行优化,得到最终的滑枕优化结构,并对其进行验证分析。结果表明:对滑枕的结构改进和关键尺寸优化有效提高了滑枕的静动态特性,优化后的滑枕最大变形减小了63.7%,最大应力减小了81.3%,一阶固有频率增加了34.6%,同时,滑枕质量减小了5.3%,实现了滑枕的轻量化设计,为数控机床其它关键零部件的设计提供了有益参考。 

【文章来源】：机械设计与制造. 2020,(09)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

GMS2516桥式龙门铣床

由于在机床横梁组件的实际装配中，滑块固定安装在滑座上，并与滑枕上的四根导轨配合连接；丝杆与滑枕上安装的丝杆螺母配合连接，并由电机驱动丝杆带动滑枕沿机床Z方向运动。因此，为了增加分析结果的准确性，在有限元分析过程中需对滑枕、丝杆和滑块的组合体进行三维建模并导入ANSYS Workbench进行分析[5]。同时，由于滑枕结构较为复杂，为提高分析的速度，对分析模型适当简化，去除一些不必要的细小零件、孔和圆角特征，建立的有限元分析模型，如图2所示。原滑枕采用灰铸铁HT300整体铸造，内置O型筋板结构，导轨和滑块材质均为碳素钢55，丝杆及其配件材质为轴承钢GCr15SiMn。分析时，各材质的主要属性设置，如表1所示。

结构边界条件的确定是有限元分析前处理的关键部分，主要包括约束和载荷条件的施加[6]。在对滑枕有限元分析模型施加约束条件时，考虑到滑块固定安装在滑座上，因此对滑块施加固定约束；由于丝杆只能做旋转运动，而且两端有轴承定位，因此对丝杆两端施加固定约束。在载荷条件的施加中，应考虑滑枕受力最恶劣的工况，即滑枕运动到最低点时，其受力分析简图，如图3所示。在机床铣削过程中，滑枕除了受到铣削圆周力F、绕刀具轴线方向的铣削扭矩T以及其上装配的五轴头的重力G2的作用，还受到自身重力G1对其分析结果的影响。因此，为模拟自重对滑枕模型分析的影响，在载荷设定时，应在竖直方向上施加1g的重力加速。根据这里桥式龙门铣床工作参数和模型材料属性，并结合铣削力经验公式[7]，得到原滑枕分析模型载荷条件参数取值，如表3所示。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3076252