大型龙门铣床主轴滑枕结构有限元分析

大型龙门铣床主轴滑枕结构有限元分析 大型龙门铣床主轴滑枕结构有限元分析 Desig嗍dRe湖h设计与研究 大型龙门铣床主轴滑枕结构有限元分析 向家伟?王荣?徐晋勇?冯建国? ((桂林电子科技大学机电工程学院,广西桂林541004; ?桂林机床股份有限公司,广西桂林541001) 摘要:主轴滑枕是机床中一种必不可少的通用零部件,亦是影响机床工作性能的薄弱环节.运用有限元分 析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 进行工作状态下滑枕静变形分析和热一结构耦合变形分析.研究大型龙门铣床主轴滑枕结构 变形规律,给出了定性和定量的分析结论,为滑枕结构优化设计提供理论依据和指导. :主轴滑枕有限元分析变形分析改进措施 关键词 StructuralFiniteElementAnalysisofSpindleRamforLarge—ScaleMillingPlaner XIANGJiawei? , WANGRong? , XUJinyong?, FENGJianguo? ((~)SchoolofMeehantronieEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guili n541004,CHN; (~)GuilinMachineToolCo.Ltd.,Guilin541001,CHN) Abstract:Spindleramisthenecessaryandgeneralcomponentsofmachinetools,whichisalso theweaklinkwith frequentfailures.Finiteelementanalysismethodisempolyedtoanalyzethestaticdeformatio nofram underworkingconditionsandthedeformationofthermal—structuralcoupling.Therefore,thestructural deformationprincipleofspindleramforlarge-scalemillingplanerisstudiedandsomequalita tiveand quantitativeresultsaregiven.Itprovidestheoreticalbasisandguidanceforstructuraloptimiz ationdesign ofram. Keywords:SpindleRam;FiniteElementAnalysis;DeformationAnalysis;ImprovementM easures 本文运用有限元分析方法研究大型龙门铣床关键 薄弱部件——主轴滑枕结构变形规律,给出了定性分 析结论和结构改进措施,为滑枕结构进一步优化设计 提供有价值的参考.采用主轴滑枕结构目的在于增强 铣削时的刚性,适应大型零件的强力铣削.滑枕的伸 出提高了接近工件加工面的性能,同时也对主轴起支 承作用,增强了镗削时的刚性,能够进一步扩大机床的 使用范围.然而,滑枕结构自身也是影响精度进一步 提高的薄弱环节. 龙门铣床主轴滑块如图1所示.该滑枕工作状态 为:伸出滑座1000mm,使用直径200mm的刀盘,承 受切削转矩1595Nm,环境温度15,电动机与传动 箱发热的温升为40?.滑枕材料为球墨铸铁QT600— 3A.图示结构在热一结构耦合作用下,达不到设计精 度要求:加工时主轴滑枕变形量小于0.01mm. 1滑枕有限元模型建立 有限元模型建立的好坏关系到分析计算的准确性 和计算成本.通常可采用三维CAD软件建立待分析 结构的三维实体模型,然后通过初始图形交换规范 (InitialGraphicsExchangeSpecification,IGES)导入有 限元分析软件中.然而,对复杂模型而言,该方法基本 国家自然科学基金资助项目(50805028),广西青年基金资助项目(桂科青0832082) 图1龙门铣床主轴滑枕实体模型 上不能成功.因此,使用较多的利用有限元分析软件 本身的建模功能,忽略细节信息,获得具有几何近似性 的求解模型.本研究采用ANSYS软件,利用点,线, 面,体的模型生成方法,编写求解命令流文件,生成滑 枕模型并求解. 按照实际尺寸建立有限元分析实体模型如图2a 所示,网格剖分如图2b所示.运用动静法进行结构静 力学分析采用SOLID45单元,划分单元数目68939 个. a)主轴滑枕有限元分析实体模型图 【b)主轴滑枕网格刮分图 图2主轴滑枕有限元分析模型 目前,解决大型设计多依据静动态设计法?,通 过动载系数来保证设计的可靠性.故本文在用AN— SYS进行静力学分析时对原始测量力乘以一个合适的 安全系数,对机床滑枕结构进行分析.根据企业多年 生产 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 和测试结果,选取=2,即切削转矩为3190 Nm,作为主轴刀盘上的加载力.考虑到主轴支撑在滑 枕的轴承上,而测试获得的轴承刚度k=5×10N/m, 因此,有限元模型中主轴和轴承通过4个均布的弹簧 单元Combin14连接,并忽略阻尼的影响. ANSYS提供3种进行热应力分析的方法:直接定 义节点的温度,间接法,直接法.由于主轴滑枕分析模 型中节点温度未知,故本文研究中采用间接法进行热 一 结构耦合分析,其突出优点在于这种方法可以使用 所有热分析的功能和结构分析的功能.在耦合分析 中,热分析采用SOLID79单元,结构分析采用SOLID45 单元,划分单元数目68939个. 约束住滑槽导轨面两个方向移动(,y)并约束住 z方向移动,同时该计算模型考虑重力作用. 2结果分析 2.1动静法变形分析 图3a所示为变形图,最大变形为0.014mm.图 3b所示为滑块上应力分布状况,应力求解结果十分 小,最大值为12.6MPa,远远小于球墨铸铁QT600—3A 强度极限400MPa,整体安全状态良好,结构强度足 够. 【a)a变形图 lbJ应力石图 图3主轴滑枕有限元分析模型 然而,滑枕主轴为弯扭组合变形,最大值超过 0.01mm.由图3a可知,变形最大的位置在滑枕上下 底面靠近刀盘的部位.刀盘部位最大综合变形量达到 0.0095mm,接近于刀盘控制误差0.01mm.因此,应 该采取结构措施,减小变形量. 2.2热一结构耦合变形分析 热载荷单独作用下的变形如图4所示.,y,z 方向在工作条件下热载荷作用下的最大变形出现在主 轴悬伸一端,分别为0.0020,0.0028,0.0083mm. 可见,由于电动机与传动箱发热与环境温度差异而产 生的主轴滑枕结构变形不容忽视,并且反映在主轴刀 盘上,最终影响龙门铣床加工精度. 一 般而言,热一结构耦合变形不等于热载荷和结 构载荷单独作用下变形之和.为此,进行热一结构耦 合变形分析,模拟该大型龙门铣床主轴滑枕在真实加 工环境下主轴刀盘上变形量,为结构优化和性能提高 打下良好的基础.动载荷因子选取=2,工况(1)(热 等} 一 结构耦合变形),工况(2)(动载荷单独作用下)以及 工况(3)(热载荷单独作用下)时刀盘直径方向(图2a 中方向D)综合变形如图5所示. Ia)x方向 … …0…29 (b}y方向 ,00E03?'{f0?4O'?'Su,97 …1rFc (C)Z方向 图4热载荷单独作用下的变形 DesignandReseanch设计与研究 远大于龙门铣床给定额设计最大误差0.1mm.另一 方面,热一结构耦合Von—Mise应力最大值为28.8 MPa,远小于球墨铸铁QT600—3A强度极限400MPa, 结构整体安全状态良好,结构安全裕度过大.这反映 了该铣床主轴滑枕结构方面过于笨重而加工精度不高 的特点.其原因在于主轴滑枕悬伸长度过大;滑枕与 支撑立柱之间的接触面积过小,约束不足;设计时,过 于强调强度方面的安全性,而没有充分考虑到结构变 形方面对加工性能的影响. 为此,在对不同模型进行分析的基础上,提出可能 的解决途径是:在不影响加工的前提下,尽可能减少悬 伸长度,能有效改善动态性能和承载能力;如果结构允 许,尽可能采用圆柱滑枕结构,可抵抗扭转和弯曲变 形,从而大为减少由于结构变形而引起的在主轴刀盘 上的加工误差,提高承载能力;增大滑枕与支撑立柱之 间的接触面积,增加约束,可有效提高承载能力和减小 结构变形量;可增加悬伸部分滑枕内部方向加强筋 厚度和数量. 为验证提出解决措施的效果,给出比较分析 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 1,悬伸长度减少1/3;方案2,采用圆柱滑枕结构;方案 3,将滑枕两侧滑槽高度增加一倍;方案4,滑枕内部 方向加强筋厚度由25mm增加到45mm,数量由11条 增加到20条;方案5,综合采用方案3和方案4改进办 法.相关分析结果如表1所示. 由表1可知,以上结构措施均可不同程度地降低 由于滑枕在热一结构耦合变形作用下的变形.这一分 析结果为大型龙门铣床主轴滑枕进一步进行结构优化 设计指明了方向,并给出了对降低变形量有效的滑枕 结构参数.值得一提的是,方案2采用圆柱滑枕结构 对减少刀盘变形量和提高加工精度十分有利.然而, 一 般该型式结构制造工艺复杂,不利于企业组织生产. 方案5具有操作性强的优点,目前已经应用于企业生 产实际.用改进后的结构进行测试,刀盘最大变形量 为0.0082mm,达到要求的精度. 表1不同方案最大变形分析结果 方案原始值方案l方案2方案3方案4方案5 刀盘最大变0 . 021O.o0920.00580.0160.0140.oo74形量/mm 图5不同工况下最大变形3结语 由图5可知,主轴滑枕综合变形反映在主轴刀盘 直径方向上的变形影响规律为:一方面,工况(1)>工 况(2)>工况(3),并且热一结构耦合变形大于热载荷 和结构载荷单独作用下变形之和.主轴滑枕在工作状 态下变形反映在刀盘上最大变形量达到0.021mm,远 = 磐uu平删 主轴滑枕是机床中一种必不可少的通用零部件, 亦是影响机床工作性能的薄弱环节.本文运用有限元 分析方法进行工作状况下滑枕静变形分析和热一结构 耦合变形分析.目前企业生产的滑枕结构具有过于笨 一,一 22864218642叭叭叭叭???? 设计与研究gnandRe.s0讲ch 双极性高频脉冲电解电源的研制 金兴伟?张永俊?刘小康?梁校勇? (?广东工业大学,广东广州510090;?华南理工大学,广东广州510640) 摘要:根据电解一机械复合Jj~-r-方法的特点,分析了加工所需脉冲电源的要求,设计了一种双极性脉冲电 源.该电源采用PIC18F458单片机作为控制系统的核心,主电路采用双电源斩波结构,可实现双极 性方波交流,直流,脉冲电流等多种输出.正负半波的幅值,频率及占空比均可调节,经实际使用,证 明该电源具有稳定,可靠的特点,能满足电解复合磨削的工艺要求. 关键词:双极性脉冲电源PIC18F458电解一机械复合加工 ResearchonBipolarHigh—frequencyPulsePowerSupplyforECM JINXingwei?. ZHANGYongjun?,LIUXiaokang?,LIANGXiaoyong? (?GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510090,CHN; ?SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510090.CHN) Abstract:Accordingtothespecificcharacteristicsofmachine— electrochemistry-thispaperanalysesdemandsof machiningforthepulsepowersupply,thenputsforwardbipolarpulsegenerator.Thepowersu pplyadopts PIC18F458asacoreofthecontrolsystem,themaincircuitusesdoublepowerschopper.Itcano utput severalkindsofvoltagesuchasbipolarsquarewaveAC,DCandpulsecurrentetc.Itscurrent~ equen— cy,positiveandnegativecurrenttimeandamplitudevaluecanadjustrespectively.Anditissta bleand reliableduringactualusing,andsatisfiestheprocessofthemachine—electrochemistry. Keywords:BipolarPulsePowerSupply;PIC18F458,Machine—electrochemistry 电解加工(ElectrochemicalMachining,ECM)技术 以其独特的高加工效率,高表面质量等优点在国防,航 空航天和模具制造等各个民用领域得到广泛应用…. 电解一机械复合工艺兼具了电解和机械二者的优势, 在金属零件的成形和表面加工中受到重视.借鉴高频 脉冲电源在电解加工中的成功应用,电解机械复合加 工中应用高频脉冲电源也取得了很好的效果.但在加 工铝基复合材料中,软基金属材料堵塞砂轮的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 较 为严重,因此本文设计了一种双极性脉冲以其解决该 问题. 双极性电源实际上是一种频率,占空比和正负半 波电压幅值独立调节的方波交流电源.其输出电压为 重且加工精度不高的特点.分析表明:热一结构耦合 变形大于热载荷和结构载荷单独作用下变形之和,并 且与动载荷单独作用时一样,将引起龙门铣床加工误 差超过设计给定值.提出了4种改进方案,并进行比 较分析,结果表明:这一问题有可能从结构上采取措施 加以改善,从而为滑枕结构优化设计提供理论依据和 指导. 参考文献 1廖伯瑜,周新民,尹志宏.现代机械动力学及其工程应用.北京:机 械工业出版社,2004. 2沈福金.日本机床技术的发展动向:第23届日本国际机床展览会 %国家自然科学基金(50675036,50475046) ? 50? JIMTOF2006评述.世界制造技术与装备市场,2007(1):59—68 3张松,艾兴,赵军.高速主轴/刀具联结的参数化有限元法优化设 计.机械工程,2004,40(2):83—87 4刘文志.数控卧式铣床滑枕变形有限元分析及补偿技术.制造技术 与机床,2008(1):66,68 第一作者:向家伟,男,1974年生,副教授,博士, 主要研究方向:有限元分析,机电系统故障诊断,发表 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 4O余篇. (编辑周富荣)(收稿日期:2009—04—18) 文章编号:9915 如果您想发表对本文的看法,请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置. 等等,zuu_卑弟髑