加工中心工作台结构优化及可靠性分析


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 

 现代加工中心正在向现代加工中心的方向发展。现代加工中心转速可达到2 000 r/min以上,快移速度60rn/rnin以上并且定位精度不超过3 pm。这些参数决定了加工中心必须有更高的刚度:工作台是加工中心的重要组成部分,其刚度不仅影响着加工中心的几何精度和加工精度0,而且影响着加工中心的加工质量和生产效率。因此,提高工作台的刚度是提高加工中心整体可靠性的有效方法:0对工作台进行了静动力学分析,对该工作台进行拓扑优化以提高工作台系统的固有频率;刘光浩等H对ZK5150型钻床的工作台进行有限元静动态分析,在满足刚度不下降的前提下对其进行轻量化设计;杨飞等6]立式加工中心的工作台系统进行模态分析,对其结构进行了改进,提高了各阶的固有频率;王传祥等0用有限元分析在承受最大载荷时,TJ16213CNC镗铣加工中心工作台的变形与应力,为验证加工中心工作台设计的合理性与进一步的优化提供了可靠的理论依据。

 

 

笔者以上述研究成果为依据,将工作台的静刚度作为研究对象,提出了以提高刚度为目标的优化方案,选择了几种主要影响参数作为独立随机变量,分析各参数的随机变化对优化后工作台刚度可靠性的影响,以为提高工作台刚度可靠性提供参考:

 

 

1工作台的优化1.1建模

 

 

文中以某公司的THM46I00高精密卧式加工中心工作台为研究对象进行建模分析,由于其内部结构较为复杂,建模时对影响较小的微小特征部件进行合理简化,简化后的模型如图I所示:

 

工作台支撑采用转盘轴承结构,工作时采用液压夹紧装置进行夹紧。工作台的材料为灰铸铁HT250,弹性模量为113 <;Pa;泊松比为0.28;密度为7 200 kg/m3;抗拉强度为240 MPa;抗压强度为820 MPa工作台采用自由网格划分方式,网格划分模型如图2所示:

 

1.2有限元模型的验证

 

 

对转台进行模态试验,将试验的结果与有限元分析的结果相对照,以验证有限元模型的正确性。

 

被测转台采用悬吊的安装方式以模拟自由状态,其悬吊频率为1 Hz左右:如图3所示^使用橡皮绳将转台吊在刚性较好的支架上,转台保持水平,,该试验所采用的测试方式为多点激励、多点拾振的多输入、多输出MM0)法。

 

通过试验与有限元分析,得到了转台模态前6阶的试验值与计算值,如表1所示:经过计算可以得出,试验值和计算值之间的误差小于】0% ,并且振型基本—致:因此,可以证明该建模方法基本正确,该模型可用于后续优化工作。


 

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结束语:

 通过ANSYS平台对加工中心回转工作台进行刚度优化以及可靠性分析,得到以下结论:

1)通过静力学有限元分析对回转工作台进行优化,在不增加质量的前提下,使工作台的刚度提高11. 5%,对改善加工中心加工中心几何精度与加工精度起到了一定效果。

2)选取参数进行统计处理并将它们作为独立随机变量,采用拉丁超立方抽样方法对优化后的工作台进行可靠性分析。由灵敏度分析得到影响较大参数,优化后工作台刚度可靠度为100% ,安全可靠。

 

 

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!

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