前言:
伯特利数控 备注:为保证文章的完整度,本文核心内容都PDF格式显示,如未有显示请刷新或转换浏览器尝试,手机浏览可能无法正常使用!
车铣复合加工中心是把车削和铣削工艺整合,在一台加工中心上实现对工件的车削和铣削加工,这种整合比分别车削和铣削的加工精度更高[1-«。斜床身动态性能直接影响机床整机性能,特别是对加工中心整机的抗振性能、加工精度等影响较大。分析斜床身结构的固有频率和振型,可为斜床身设计改进提供依据,避免因共振造成的经济损失。对机床床身动态性能研宄的方法应用最多的是模态分析法。通过模态分析结果,判断振型对加工精度的影响,优化改进斜床身,达到加工中心对加工质量和加工精度的使用要求。将低阶固有频率作为动态分析改进设计的优化目标,提高床身固有频率,有效提高加工中心稳定性,提高对工件的加工精度,为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础⑷。
1加工中心床身有限元模型的建立
MJ-MOMC/Y配置卧式回轮动力型刀架,加工中心Y轴进给采用虚拟Y轴结构进行平面铣削作业[5],整机三维模型如图1所示。
1.1模型简化
斜床身结构复杂,难以完全按照实物建立有限元模型。在有限元网格划分前需简化斜床身.3简化的原则是:(1)在CAD建模时力求精确,真实地模拟结构的静动态特性;(2)直线化和平面化处理CAD模型中的小锥度、小曲面[6]。
根据以上原则简化斜床身的模型:删除导轨上的所有螺纹孔。车铣复合加工中心整机模型如图1所示,简化后斜床身(如图2所示)结构的力学特性未发生改变,但为后续高效分析计算提供帮助。
U定义单元属性与网格划分1.2.1定义单元属性
由于斜床身结构复杂,是不规则的几何体,所以选用四面体单元模拟真实结构,经考虑,选择S0LID187四面体单元m。
1.2.2网格划分
在网格划分时,需遵循以下几点原则:(1)模型结构和实际结构尽可能相同;〔2)根据计算精度和计算规模来选择合适的单元大小;(3)单元体应尽量匀称齐整<,
2模态分析
2.1斜床身的村料特性
斜床身材料为灰铸铁,具体的材料参数见表1。
表1斜床身材料特性
基金项目:山东省自主创新及成果转化专项''高速精密车ft复合虚拟轴加工工艺与装备开发''。
|
2.2载荷施加
对于包含预应力效应的模态分析,其固有频率分析结果比不包含预应力时大,更符合实际情况。所以本文采用包含预应力效应的模态分析,对受力情况转化计算。
由于牵扯零件众多,篇幅有限,其分析过程不做介绍,其受力结果直接给出。加工中心接触构件示意图如图3所示。
假定刀架、主轴箱、尾座等部件的材料都为普通碳钢,将车床模型导入SolideWorks中,得出它们的质量分别为650kg、470kg、240kg。那么,它们对斜床身的作用力即为各自的重力 Gp G2、G3,分别是 6500kg、4700kg、2400kg。这三个力分别施加在它们各自的支撑处。斜床身受到的外力经过计算,分别是GiSGSOON,G2S 4700N,^为2400队M2*613N.m,M3 为 613N.m[8]。
2.3有限元分析及结果讨论
通过自由划分网格和扫掠的方法将模型划分,划分网
格的有限元模型如图4所示。
对斜床身施加约束条件,斜床身是由底面11个螺栓固定在底座上,分别对床身的11个节点施加x、y、z三个方
向的完全约束[9]。
加工中心工作时,只有少数低阶模态起主要作用,所以只分析前六阶模态,通过ANSYS Workbench分析求解,分析得到固有频率和振型,通过模态分析可分析得到各阶模态振型(见表2)和振型图(如图5?图10所示)。
表2斜床身前六阶固有频率及振型描述
|
|
量较大,两侧变形量较小;分析固有频率可知,前六阶固有频率较低,因此单位刚度较低,稳定性较差。为提高固有频率,改进其结构尺寸、上导轨和底座厚度。但为保证其加工范围要求,斜床身主要结构尺寸不变,因此只改进上导轨和底座厚度。具体改进措施为:(1)增加上导轨厚度。改善上导轨结构受力,提高稳定性,保证加工精度;C2)增加底座厚度。增加底座稳定性,减小变形量,增加斜床身稳定性。
改进后底座结构加工工艺难度与改进前相比相差较小。上导轨承担托板的垂直方向和水平方向载荷,改善了导轨受力状态,更适合精密元件加工。改进后的斜床身模型如图11所示。对改进后斜床身模型进行模态分析,通过模态分析可分析得到各阶模态振型〔见表3)和振型图〔如图12?图17所示)。
图11改进后的斜床身模型
|
4结语
(1) 利用MSYS Workbench有限元软件对斜床身进行模态分析,分析得到各阶模态振型图和斜床身变形特点,确定影响加工中心动态特性的主要因素为上导轨和底座。
(2) 优化改进斜床身的上导轨和底座,与原结构相比,加工工艺难度相差较小,改善了上导轨的受力状态,加工中心稳定性和加工精度得到提高。
(3) 对比改进前后斜床身模态分析结果,前三阶固有频率改进后分别提高6. 10%、5. 02%和5. 43%,斜床身结构刚度得到改善,稳定性和加工精度得到提高,为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础
伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括:CNC加工中心、钻攻中心、龙门加工中心、雕铣机、石墨机、五轴加工中心、立式加工中心、卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市,目前其生产的加工中心70%出口,其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务!
声明:本站文章均来自网络,所有内容不代表本站观点,本站不承担任何法律责任!
2021-09
星瀚系列是宇匠数控打造的颠覆性产品,在高精度加工的情况下保证高速、高刚的特性,是真正意义的高速加工中心,其性能及质量可媲美进口高速加工中心。同时可配置超声波系统与石墨集尘系统,亦可运用在陶瓷等硬脆料、石墨等高粉尘料的加工;… [了解更多]
2021-09
星瀚S系列是宇匠数控打造的颠覆性产品,采用全闭环设计,在高精度加工的情况下保证高速、高刚的特性,是真正意义的高速加工中心,其性能及质量可媲美进口高速加工中心。同时可配置超声波系统与石墨集尘系统,亦可运用在陶瓷等硬脆料、石墨等高粉尘料的加工;… [了解更多]
2021-09
TC系列超声波陶瓷雕铣机,是利用了超声波高频振动原理作用于刀具,使刀具产生了16KHz-40KHz(每秒16000-40000次)的连续高强度脉冲冲击,带动磨头冲击工作。当工件的局部应力远远超过材料脆裂极限,材料局部破碎去除。 适用范围 特别适用于陶瓷(氧化锆、氧化铝、氮化铝… [了解更多]
2020-10
1 问题的提出数控加工夹具是数控CNC机械制造加工过程中用来 固定加工对象,使之占有正确的位置,以满足加工工艺条件、迅速、方便、安全地安装工件的装置。夹具通常由定位元件、夹紧装置 、对刀引导元件、分度装置、连接元件及夹具体等组成[1]。图1所示零件是应用于系列矿用防爆电器产品上的… [了解更多]