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加工中心床身的設計及分析
閱讀：374 發布時間：2020-8-10 隨著經濟的迅速發展，工業生產的需要，立式加工中心得到了很大的發展，在中小型零件的加工當中，發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， 如何控制好結構以及振動特性是我們設計床身面臨的主要技術難題之一 [1]。
1 床身的設計
床身作為加工中心基礎的支撐件，他起到支撐零部件的作用。其設計與靜動態特性直接影響加工精度和穩定性。由于鑄鐵的強度大，耐磨性好、耐熱性好等優點，床身采用鑄鐵材料。綜合國內外的設計經驗，采用箱型封閉結構，前后床身一體的組成。根據工作需要，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，合理的設計肋板的結構是提高床身靜動態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構。
2 床身模型的靜力分析
VL1060 立式加工中心床身模型比較復雜，圓角和比較小的孔導致計算亮比較大，影響了分析結果的精度 [3]。有必要對床身進行適當的簡化。
把簡化好的床身的模型導入到 workbench 中。對絲杠的材料屬性、材料單元類型等進行定義。利用自動劃分法對床身進行網格劃分，劃分網格后，根據床身的實際工作情況， 對其進行約束的設置。由于床身通過地腳栓固定在地基上， 因此在 ANSYS Workbench 中只需對床身的地面施加固定約束[4]。模擬床身在實際工作中所承受的載荷。床身的應變如圖 1所示，應力分析如圖 2 所示。圖 1 床身應變云圖
從床身的應變和應力云圖，在此工況下，床身的強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 床身應力云圖
3 床身的模態分析
模態分析借助振動系統的模態參數來對床身結構進行動態性能進行分析的方法，也是確定床身結構薄弱環節的有效方法[5]。床身模態分析與靜力學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 床身模態頻率與振型描述階數 固有頻率 導軌振型描述
1 301.2 床身前端向下彎曲擺動
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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根據結果分析，可以得出床身的固有頻率與振型等參數，可以看出文章設計的床身能夠滿足工作需要。但是，對于床身的前端，有些薄弱地方，需要進行適當的改進。加強床身前端肋板的厚度，使加工中心的性能更好。