龍門銑床的無限元剖析與研討 （一）概論 目前相似機床的設計次要是以經歷設計為主，傳統的構造設計無法判別設計中存在的缺陷。對GS1522龍門銑床停止模態剖析，求解零件的共振特性，進而剖析工中動力學特性上的單薄環節，停止構造比選優化設計。 本報告次要對GS1522龍門銑床全體構造停止模態剖析，計算零件前100階固有頻率及對應振型。采用ANSYS11.0軟件。 （二）GS1522龍門銑床無限元模型 2.1簡化與假定條件 在ANSYS建模之前，對GS1522龍門銑床全體SOLIDWORKS模型停止了適當簡化，疏忽了外圓角、螺栓孔等對全體靜態特性影響不大的粗大構造。 剖析模型以SOLID45（8節點）單元。 為了計算零件零碎（能夠發作共振）的低階固有頻率，Y向進給驅開工作臺于底座最遠端，Z向進給驅動滑安于最上地位，使滾珠絲桿受扭段處于最長形態；滑枕運轉至橫梁中部地位。 假定條件： （1）滾珠絲桿副的螺母理想雙向預緊；A端軸承雙向預緊，B端軸承軸向游動（以防熱脹）且不計摩擦 （2）一切緊固螺栓理想聯接無松動。滑枕與壓塊之間的螺栓聯接能保證理想結合面；X導游軌鑲條與橫梁、Y導游軌與底座能保證理想結合面。 （3）不計直線導軌副摩擦，導軌副可理想滑動。均衡桿可沿軸向（Z向）理想滑動。 （4）未計（加工時）工件的質量。 （5）未計側銑頭號附件的質量。 （6）未計構造阻尼等。 2.2分塊建模與模塊兼并 GS1522龍門銑床的全體構造復雜，規模較大。為了便于構造修正及重建模型，采用分塊建模，行將全體GS1522龍門銑床分為14個分模塊，獨自處置CAD模型、ANSYS網格劃分，然后再停止模型組合。 建模中觸及的13個分模塊為：底座、立柱、橫梁、任務臺、滑枕、滑鞍、壓塊、均衡杠、主軸、X向（橫梁方向）驅動、Y向（任務臺方向）驅動、Z向（鉛垂方向）驅動、X導游軌和Y導游軌。 2.3各模塊構造的耦合設定 目的是確定各個模塊之間的拆卸關系。依據GS1522龍門銑床各零部件的構造功用與運動關系，確定模塊之間的約束關系如下表2.3-1。 表2.3-1各模塊構造的耦合關系——約束方程（參見圖2.4-1） 模塊甲（選擇單元） 模塊乙（選擇節點） 約束自在度 1 均衡杠 壓塊 UX、UY 2 均衡杠 滑枕 UX、UY、UZ 3 滑枕 主軸 UX、UY、UZ 4 滑枕 壓塊 UX、UY、UZ 5 滑鞍 壓塊 UX、UY、UZ 6 滑枕 滑鞍 UX、UY、UZ 7 滑枕 Z向驅動 UX、UY、UZ 8 滑鞍 Z向驅動 UX、UY、UZ 9 滑鞍 X向驅動 UX、UY、UZ 10 X向驅動 橫梁 UX、UY、UZ 11 Z向驅動 滑鞍 UX、UY、UZ 12 X向驅動軸承 X向驅動軸承座 UY、UZ 13 X導游軌 滑鞍 UY、UZ 14 橫梁 X導游軌 UX、UY、UZ 15 橫梁 立柱 UX、UY、UZ 16 任務臺 Y向驅動 UX、UY、UZ 17 任務臺 Y導游軌 UX、UZ 18 底座 立柱 UX、UY、UZ 19 Y向驅動 底座 UX、UY、UZ 20 Y導游軌 底座 UX、UY、UZ 21 均衡杠套筒 均衡杠軸承座 UX、UY 22 Z向驅動軸承座 Z向驅動軸承 UX、UY 23 Y向驅動軸承 Y向驅動軸承座 UX、UZ 2.4最終模型。 圖2.4-1GS1015龍門銑床無限元網格模型 2.5模型規模 GS1522龍門銑床各個模塊及零件無限元模型單元數、節點數及單元類型如表2.5-1。 表2.5-1無限元模型闡明 模塊稱號 單元數 節點數 單元類型 1 底座 159544 248538 SOLID45 2 立柱 37210 68522 SOLID45 3 橫梁 48950 87581 SOLID45 4 任務臺 64878 88279 SOLID45 5 滑枕 20930 35798 SOLID45 6 滑鞍 15590 24750 SOLID45 7 壓塊 8894 14452 SOLID45 8 均衡杠 2512 4466 SOLID45 9 主軸 2682 3420 SOLID45 10 X向驅動 7563 9815 SOLID45 11 Y向驅動 8328 10534 SOLID45 12 Z向驅動 9162 10692 SOLID45 13 X導游軌 3168 5232 SOLID45 14 Y導游軌 4850 8256 SOLID45 總計 GS龍門銑床 394261 620335 SOLID45 2.6約束條件 機床底座固定在地基上，故底座底面全部節點，約束其UZ方向的自在度；底座裝置螺栓的地位節點，約束其UX、UY、UZ方向的自在度。 （三）剛性銜接模態計算后果與剖析 表3-1GS1522龍門銑床無限元模型剛性銜接工況闡明 工況稱號 工況闡明 GS1522龍門銑床原始工況 按照原始SolidWorks模型計算 GS1522龍門銑床任務臺挪動1100mm工況 絕對于工況一，任務臺沿負Y向平移1100mmm GS1522龍門銑床任務臺挪動2200mm工況 絕對于工況一，任務臺沿負Y向平移2200mmm GS1522龍門銑床滑鞍挪動900mm工況 絕對于工況一，滑鞍沿Y向平移900mmm GS1522龍門銑床滑枕挪動500mm工況 絕對于工況一，滑枕沿負Z向平移500mmm GS1522龍門銑床滑枕挪動1000mm工況 絕對于工況一，滑枕沿負Z向平移1000mmm 3.1GS1522龍門銑床處于初始任務地位工況 3.1.1模態剖析后果 GS1522龍門銑床無限元剛性模態剖析后果如下表3.1-1。 表3.1-1剛性銜接，初始任務地位——模態剖析后果 階次 頻率（Hz） 振型簡介 參考圖 階次 頻率（Hz） 振型簡介 參考圖 1 14.283 均衡杠彎曲，最大蠕動位移為均衡桿下端部11.869mm 圖3.1-1 51 323.14 2 14.285 均衡杠彎曲 52 325.86 3 14.287 均衡杠彎曲 53 356.50 4 14.289 均衡杠彎曲 54 366.39 5 35.075 滑鞍滑枕彎曲 圖3.1-8 55 369.96 6 41.817 滑鞍滑枕彎曲 56 376.33 7 47.951 Y向驅動彎曲 圖3.1-15 57 381.03 8 48.217 Y向驅動彎曲 58 381.40 9 71.907 Y向驅動彎曲 59 390.61 10 72.287 滑枕與均衡杠彎曲 圖3.1-22 60 390.95 11 72.339 61 390.96 12 72.368 62 399.70 13 76.261 63 404.89 14 95.816 均衡杠中部彎曲 64 408.49 15 96.487 65 414.75 16 96.496 66 423.52 Z向驅動歪曲 17 96.536 67 427.42 均衡杠歪曲 18 96.761 68 429.27 Z向驅動歪曲 19 111.88 69 435.23 滑鞍彎曲 20 131.52 均衡杠底部翹曲 70 443.32 21 132.20 主軸箱、Z向驅動彎曲 71 453.49 22 136.42 72 464.08 23 142.03 73 480.82 24 142.66 74 481.49 任務臺較大變形 25 183.40 75 500.55 26 185.30 均衡杠底部翹曲 76 504.37 27 198.45 77 508.20 28 198.96 X向驅動彎曲 78 510.43 29 199.04 79 516.18 X向驅動較大歪曲 30 199.43 80 528.97 31 201.33 81 532.51 32 202.80 均衡杠向外側歪曲 82 538.11 33 211.20 83 541.09 機床全體變形 34 213.12 84 541.46 均衡杠底部較大歪曲 35 247.34 85 544.96 36 251.98 86 545.98 37 255.57 87 552.15 38 257.44 88 557.72 39 270.61 89 560.51 40 272.54 Y向驅動絲桿彎曲 90 562.97 X向驅動絲桿變形 41 279.63 91 563.11 42 279.92 92 565.41 43 281.22 93 568.18 均衡杠彎曲 44 281.73 94 571.02 45 282.46 95 578.01 46 283.71 96 582.21 47 285.34 97 593.31 任務臺變形 48 296.14 98 596.00 49 298.06 99 604.85 50 309.49 100 614.04 滑鞍歪曲 理解更多信息請登錄杭州海天精工機床無限公司：http://www.97jkb.cn/分享到：