隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的需要，立式加工中心得到了很大的發(fā)展，在中小型零件的加工當(dāng)中，發(fā)揮著越來越大的作用。床身是立式加工中心重要的支撐元件，因此， 如何控制好結(jié)構(gòu)以及振動(dòng)特性是我們?cè)O(shè)計(jì)床身面臨的主要技術(shù)難題之一 [1]。
1 床身的設(shè)計(jì)
床身作為加工中心基礎(chǔ)的支撐件，他起到支撐零部件的作用。其設(shè)計(jì)與靜動(dòng)態(tài)特性直接影響加工精度和穩(wěn)定性。由于鑄鐵的強(qiáng)度大，耐磨性好、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，床身采用鑄鐵材料。綜合國內(nèi)外的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用箱型封閉結(jié)構(gòu)，前后床身一體的組成。根據(jù)工作需要，床身長度為 1680mm，寬度為 1050mm，高度為 435mm。由于床身受到不同的載荷，受到不同方向的力，合理的設(shè)計(jì)肋板的結(jié)構(gòu)是提高床身靜動(dòng)態(tài)特性的重要方法之一 [2]。文章介紹的床身采用垂直布置和斜布置混合式結(jié)構(gòu)。
2 床身模型的靜力分析
vl1060 立式加工中心床身模型比較復(fù)雜，圓角和比較小的孔導(dǎo)致計(jì)算亮比較大，影響了分析結(jié)果的精度 [3]。有必要對(duì)床身進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。
把簡(jiǎn)化好的床身的模型導(dǎo)入到 workbench 中。對(duì)絲杠的材料屬性、材料單元類型等進(jìn)行定義。利用自動(dòng)劃分法對(duì)床身進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后，根據(jù)床身的實(shí)際工作情況， 對(duì)其進(jìn)行約束的設(shè)置。由于床身通過地腳栓固定在地基上， 因此在 ansys workbench 中只需對(duì)床身的地面施加固定約束[4]。模擬床身在實(shí)際工作中所承受的載荷。床身的應(yīng)變?nèi)鐖D 1所示，應(yīng)力分析如圖 2 所示。
圖 1 床身應(yīng)變?cè)茍D
從床身的應(yīng)變和應(yīng)力云圖，在此工況下，床身的強(qiáng)度和剛度能夠滿足工作的需要。變形量很小，能夠滿足工作要求。
圖 2 床身應(yīng)力云圖
3 床身的模態(tài)分析
模態(tài)分析借助振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)來對(duì)床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析的方法，也是確定床身結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)的有效方法[5]。床身模態(tài)分析與靜力學(xué)分析的約束添加等過程一樣， 這里不再贅述。固有頻率值和振型分析如表 1 所示。表 1 床身模態(tài)頻率與振型描述階數(shù) 固有頻率 導(dǎo)軌振型描述
1 301.2 床身前端向下彎曲擺動(dòng)
2 326.47 同上
3 335.3 床身向上翹起
4 398.66 同上
5 431.14 床身中部向上彎曲
6 456.6 同上
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根據(jù)結(jié)果分析，可以得出床身的固有頻率與振型等參數(shù)，可以看出文章設(shè)計(jì)的床身能夠滿足工作需要。但是，對(duì)于床身的前端，有些薄弱地方，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。加強(qiáng)床身前端肋板的厚度，使加工中心的性能更好。