畢業(yè)設(shè)計--某型重型數(shù)控機床床身設(shè)計及模態(tài)仿真分析

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題 目：某型重型數(shù)控機床床身設(shè)計及模態(tài)仿真分析</p><p>　　學(xué) 院： 機電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p>&l

2、t;p>　　起止時間：2014年 2 月 24 日 至 20014 年 6 月 8 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機床在機械制造工業(yè)中扮演著越來越重要的角色,尤其是隨著現(xiàn)代機械制造工業(yè)的發(fā)展，走向高精度、高速度、高效率的道路。近些年來，我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率正在逐步上升，其中大型高效的數(shù)控機床也成為了用戶的首選

3、。但是由于其結(jié)構(gòu)龐大、設(shè)備噸位重、制造費用高，有必要進行預(yù)先的計算、仿真，讓設(shè)計者對機床的特性有一個全面的了解，進而使整個設(shè)計更加的完善。 本文以 TK6920 大型數(shù)控落地鏜銑床為研究對象，對機床床身和立柱進行設(shè)計，利用有限元分析軟件ANSYS 作為分析工具，對其進行分析靜力分析和動態(tài)特性分析。</p><p>　　對床身和立柱進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，運用CAD進行二維圖繪制</p><p>

4、　　運用solidworks進行三維建模，包括床身，立柱部分</p><p>　　將建立的三維模型用有限元方法進行對床身，立柱，滑枕，及整機靜態(tài)剛度分析。</p><p>　　通過模態(tài)分析計算床身6階固有頻率振型，滑枕前6階固有頻率振型，立柱6階固有頻率振型，及整機6階固有頻率振型，共四部分分析。</p><p>　　根據(jù)靜力分析和模態(tài)分析的結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論，設(shè)計

5、是否符合要求，以及需要進行優(yōu)化的部分。</p><p>　　關(guān)鍵詞：tk6920落地鏜銑床；床身和立柱設(shè)計；靜力分析；模態(tài)分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The machine is playing a more and more important role in mechanical manu

6、facturing industry, especially with the development of modern machinery manufacturing industry, to the high accuracy, high speed, high efficiency road. In recent years, numerical control machine tool enterprises in our c

7、ountry share is rising gradually, the CNC machine tool large efficient has become the user's preferred. But because of its large structure, equipment weight, high manufacturing cost, it is necessary to pre co</p&g

8、t;<p>　　Column on the bed and structural design calculations, the use of two-dimensional CAD drawing</p><p>　　Use solidworks three-dimensional modeling, including bed, column section</p><p&

9、gt;　　Will create three-dimensional model using the finite element method to bed, column, ram, and the whole static stiffness analysis.</p><p>　　Calculated by modal analysis 6 bed natural frequency modes, the

10、 first natural frequency of the ram 6 modes, column 6 natural frequency vibration modes, and the whole six natural frequency vibration modes of four-part analysis.</p><p>　　According to the results of static

11、 analysis and modal analysis of the corresponding conclusions, whether the design meets the requirements, and the need to be part of the optimization.</p><p>　　Keywords: tk6920 floor type boring and milling

12、machine; bed and column design; static analysis; modal analysis</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計是在孫江宏老師耐心細(xì)致的指導(dǎo)下完成的，在此特別想感謝孫江宏老師對我的幫助。從課題的選擇，研究，設(shè)計，完成，整個過程中，老師都投入了很多的時間與經(jīng)歷，在我錯誤不斷的情

13、況下，一直給予我耐心的講解和指導(dǎo)。在整個研究過程中，老師不僅僅對我是課題上專業(yè)知識的指導(dǎo)，更重要的是他教會對我將來走向社會上乃至工作中，無論行業(yè)與機械專業(yè)相關(guān)與否，在面對類似的項目或問題時，要以專業(yè)的知識背景做鋪墊，積極的態(tài)度去面對整個過程。老師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的研究態(tài)度，熱情謙和的待人方式，實事求是的處事原則都給我留下了深刻的印象，同時也在深深的影響著我。在整個課題研究的過程中，帶給我的不僅僅是一次畢業(yè)設(shè)計的成果，更多的是在這個過程中學(xué)會了要

14、有解決困難的決心和毅力，尋找解決困難的方法，這些都將會深深的印在我的腦海里，也會不斷地鼓勵我在以后的工作和生活中繼續(xù)進取向前。在此，我謹(jǐn)記導(dǎo)師這四個月來對我的辛勤培養(yǎng)和耐心指導(dǎo)致以衷心的感謝和崇高的敬意。</p><p>　　衷心的感謝我同組的同學(xué)，周鵬，王琦，還有錢城同學(xué)。在他們的幫助下，一起學(xué)習(xí)，一起研究，讓整個研究過程進行的順利，在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務(wù)。</p><p>　　特別感謝

15、我的家人，對我的學(xué)業(yè)進行無條件的支持，在精神上給我最大的鼓勵，使我能夠順利的完成研究，順利畢業(yè)。</p><p>　　最后，感謝各位答辯老師，在百忙之中抽出時間對我的論文進行評閱和審議，我表示衷心的感謝。</p><p>　　再次感謝，在整個過程中幫助過我的所有人。</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

16、t;p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　致謝III</b></p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1 論文綜述1</p><p>　　

17、1.2 課題分析2</p><p><b>　　1.2.1任務(wù)2</b></p><p>　　1.2.2安排和方法2</p><p><b>　　1.2.3難點3</b></p><p>　　第二章 鏜銑機床機身設(shè)計和立柱設(shè)計4</p><p>　　2.1 床身設(shè)計

18、4</p><p>　　2.1.1 床身材料選擇4</p><p>　　2.1.2 壁厚的設(shè)計4</p><p>　　2.1.3機床床身的制造方法的選擇5</p><p>　　2.1.4鑄造床身強度校核5</p><p>　　2.2 立柱設(shè)計9</p><p>　　2.2.1. 立

19、柱材料的確定9</p><p>　　2.2.2 立柱過渡壁結(jié)構(gòu)（立柱截面）的確定10</p><p>　　2.2.3 立柱形體尺寸的確定10</p><p>　　2.2.4 立柱強度校核11</p><p>　　第三章 模態(tài)分析15</p><p>　　3.1立柱分析15</p><

20、;p>　　3.1.1 立柱結(jié)構(gòu)的三維模型及有限元建模 15</p><p>　　3.1.2 兩種工況 16</p><p>　　3.1.3 受力分析 17</p><p>　　3.1.4 立柱的約束 18</p><p>　　3.1.5 求解計算與分析結(jié)果 18</p><p>　　

21、3.1.6 立柱模態(tài)分析 21</p><p>　　3.1.7 小結(jié) 22</p><p>　　3.1 滑枕模態(tài)分析23</p><p>　　3.1.1滑枕三維模型23</p><p>　　3.1.2滑枕的有限元模型23</p><p>　　3.1.3 滑枕的模態(tài)分析24</p>&l

22、t;p>　　3.1.4 總結(jié)25</p><p>　　3.3 床身分析26</p><p>　　3.3.1 床身的受力分析26</p><p>　　3.3.2 床身的有限元模型26</p><p>　　3.3.3 床身靜力學(xué)分析 27</p><p>　　3.3.4 床身模態(tài)分析 30<

23、/p><p>　　3.3.5 小結(jié)31</p><p>　　3.4. 整機分析32</p><p>　　3.4.1 有限元模型 32</p><p>　　3.4.2 節(jié)點耦合 33</p><p>　　3.4.3 施加邊界條件和加載34</p><p>　　3.4.4

24、整機靜態(tài)分析 35</p><p>　　3.4.5 整機模態(tài)分析 35</p><p>　　3.4.6 小結(jié) 37</p><p><b>　　第四章 總結(jié)38</b></p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p><b>　　

25、插圖清單</b></p><p>　　圖 1-1 tk6920的結(jié)構(gòu)示意圖2</p><p>　　圖2-1-1 床身受力分析示意圖5</p><p>　　圖2-1-2 矩形截面梁受力分析6</p><p>　　圖2-1-3 矩形截面示意圖7</p><p>　　圖2-1-4 立柱位于床身中間受力示意

26、圖8</p><p>　　圖3-2-1 立柱截面10</p><p>　　圖3-1-1 立柱裝配主軸箱圖10</p><p>　　圖 3-1-2 立柱離散化模型圖16</p><p>　　圖3-1-3 立柱受力情況17</p><p>　　圖3-1-4 立柱的約束加載圖18</p>&l

27、t;p>　　圖3-1-5 銑削情況下立柱結(jié)構(gòu)位移云圖19</p><p>　　圖3-1-6 鏜削情況下立柱結(jié)構(gòu)位移云圖20</p><p>　　圖 3-1-7 立柱前六階模態(tài)圖22</p><p>　　圖3-2-1 滑枕三維模型23</p><p>　　圖3-2-2 滑枕劃分網(wǎng)格后的有限元模型23</p><

28、;p>　　圖 3-2-3 滑枕前六階模態(tài)圖25</p><p>　　圖 3-3-1 床身有限元模型及網(wǎng)格劃分圖26</p><p>　　圖 3-3-2 位置 1 床身受力分析27</p><p>　　圖 3-3-3 位置 1 床身有限元加載模型27</p><p>　　圖 3-3-4 位置 1 節(jié)點等效應(yīng)力等值線圖27<

29、/p><p>　　圖 3-3-5 位置 1 結(jié)構(gòu)總變形等值線圖27</p><p>　　圖 3-3-6 位置 3 床身受力分析28</p><p>　　圖 3-3-7 位置 2 節(jié)點等效應(yīng)力等值線圖28</p><p>　　圖 3-3-8 位置 2 結(jié)構(gòu)總變形等值線圖28</p><p>　　圖 3-3-9 位置

30、 3 床身受力分析29</p><p>　　圖 3-3-10位置 3 床身有限元加載模型29</p><p>　　圖 3-3-11位置 3 節(jié)點等效應(yīng)力等值線圖30</p><p>　　圖 3-3-12位置 3 結(jié)構(gòu)總變形等值線圖30</p><p>　　圖 3-3-13六階振型圖31</p><p>　　圖

31、 3-4-1整機三維模型32</p><p>　　圖 3-4-2整機三維模型33</p><p>　　圖 3-4-3整機滿負(fù)荷加工狀態(tài)34</p><p>　　圖 3-4-4整機靜力學(xué)分析35</p><p>　　圖 3-4-5整機前六階模態(tài)圖36</p><p><b>　　表格清單</b&

32、gt;</p><p>　　表 2-1常用鑄造金屬材料的鑄造性和結(jié)構(gòu)性特點4</p><p>　　表 2-2床身壁厚計算當(dāng)量尺寸對照表5</p><p>　　表 2-3鑄鐵機架常有材料9</p><p>　　表 2-4灰鑄鐵牌號、性能和用途9</p><p>　　表 2-5立柱壁厚設(shè)計當(dāng)量尺寸表10</

33、p><p>　　表 2-6肋板及肋條的基本結(jié)構(gòu)形式11</p><p>　　表 3-1-1銑削工況下的切削力計算條件16</p><p>　　表 3-1-2鏜削工況下的切削力計算條件17</p><p>　　表 3-1-3立柱結(jié)構(gòu)固有頻率、振幅及振型描述22</p><p>　　表 3-2-1滑枕結(jié)構(gòu)固有頻率、振幅

34、及振型描述25</p><p>　　表 3-3-1靜力學(xué)分析結(jié)果對比表30</p><p>　　表 3-3-2床身前六階模態(tài)31</p><p>　　表 3-4-1整機前 6 階模態(tài)36</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 論文綜述<

35、/p><p>　　什么是機床？機床是能夠制造機器的機器，也是可以制造機床的機器。機床可以對金屬或者其他材料的胚料或工件進行加工，得到想要的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量。機械零件通常是通過機床加工制造出來的。機床是機械工業(yè)的基本生產(chǎn)設(shè)備，他的種類，質(zhì)量和加工效率直接影響到其他機械產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。因此，機床的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，以及擁有機床的數(shù)量和質(zhì)量是一個國家工業(yè)發(fā)達程度的重要標(biāo)志之一。</p>

36、<p>　　機床是一種現(xiàn)代化工具，它可以進行高效率、高精度、低成本加工。隨著科技的發(fā)展現(xiàn)代化制造水平的提高，工業(yè)制造的需要，對機床的加工要求也越來越高。經(jīng)過一系列的分析和研究，要想提高機床的抗震性，加工精度和效率，用提高機床的動態(tài)性的方法來實現(xiàn)，從而提高機床的壽命和可靠性。為了找到方法提高機床的動態(tài)特性，需要對機床進行模擬和分析，找到床身結(jié)構(gòu)的不足點，進行優(yōu)化設(shè)計，從而達到提高動態(tài)特性的目的。分析方法的選擇有很多種，需要對

37、每種方法進行了解，選擇最合適此研究的方法。</p><p>　　現(xiàn)在最常用的是計算機輔助工程技術(shù)，Computer Aided Engineering，簡稱CAE。計算機輔助工程技術(shù)的提出就是要把工程（生產(chǎn)）的各個環(huán)節(jié)有機地組織起來，其關(guān)鍵就是將有關(guān)的信息集成，使其產(chǎn)生并存在于工程（產(chǎn)品）的整個生命周期。計算機輔助設(shè)計（CAD）在如今的工業(yè)制造領(lǐng)域，設(shè)計人員可以在計算機的幫助下繪制各種類型的工程圖紙，并在顯示器上

38、看到動態(tài)的三維立體圖后，直接修改設(shè)計圖稿，極大地提高了繪圖的質(zhì)量和效率。此外，設(shè)計人員還可以通過工程分析和模擬測試等方法，利用計算機進行邏輯模擬，從而代替產(chǎn)品的測試模型（樣機），降低產(chǎn)品試制成本，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。計算機輔助工程的特點是以工程和科學(xué)問題為背景，建立計算模型并進行計算機仿真分析。一方面，CAE技術(shù)的應(yīng)用，使許多過去受條件限制無法分析的復(fù)雜問題，通過計算機數(shù)值模擬得到滿意的解答；另一方面，計算機輔助分析使大量繁雜的工程分析問

39、題簡單化，使復(fù)雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時間，避免了低水平重復(fù)的工作，使工程分析更快、更準(zhǔn)確。在產(chǎn)品的設(shè)計、分析、新產(chǎn)品的開發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用。</p><p>　　目前，國內(nèi)外對機床多采用計算機輔助工程技術(shù)來進行靜態(tài)、模態(tài)分析，其特點是以工程和科學(xué)問題為背景，建立計算模型并進行仿真分析。CAE技術(shù)應(yīng)用在機床上，一方面，使過去受條件限制無法分析的復(fù)雜問題，通過計算機數(shù)值模擬來解答；另一方面，CAE 分析使大

40、量復(fù)雜的分析問題簡單化、層次化、節(jié)省了大量的時間，避免了低水平的重復(fù)工作，使得機床工程分析更快、更準(zhǔn)確。</p><p>　　數(shù)控機床行業(yè)是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，它不僅是先進制造技術(shù)的載體，而且是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的最基本裝備，同時也關(guān)系到國民經(jīng)濟發(fā)展和國防事業(yè)戰(zhàn)略性得產(chǎn)業(yè)。世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家戰(zhàn)略物資，采取重大措施來豐滿自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。 </p>

41、<p>　　TK6920 數(shù)控鏜銑床具有完整的數(shù)控功能，其加工工藝范圍廣，生產(chǎn)效率高。工件在一次裝夾中可以完成鏜孔、擴孔、及銑削加工，可加工較高精度的復(fù)雜孔系及大直徑孔。tk6920的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-1 所示：</p><p>　　圖 1-1 tk6920的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　滑枕可在主軸箱內(nèi)移動，鏜桿可在滑枕內(nèi)移動；主軸箱可以沿立柱上、下運動；立柱連接在滑座上并

42、可以通過滑座在床身上滑動。本機床可運用于對大重型工件，如箱體、支架、機體、機座、 吊臂、車架等零件的孔系、平面以及槽等進行加工，并可加工大直徑孔，是重型機械、機車車輛、礦山、冶金、鋼鐵、化工、發(fā)電、船舶、軍工等機械制造部門的必不可少的大型精密加工設(shè)備，加配數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺還可實行四面加工和多軸聯(lián)動加工。</p><p>　　1.2 課題分析</p><p><b>　　1.2

43、.1 任務(wù)</b></p><p>　　本次課題主要以tk6920重型鏜銑數(shù)控機床為研究對象，對機床床身進行設(shè)計及模態(tài)分析，對立柱進行設(shè)計及模態(tài)分析，對滑枕，以及整機進行模態(tài)分析。繪制一張標(biāo)準(zhǔn)整機裝配圖，和兩張零件圖，和三維圖。</p><p>　　1.2.2安排和方法</p><p>　　首先，對床身進行設(shè)計。第一對床身的材料進行選擇，其次對床身的壁厚

44、進行設(shè)計計算，第三隊床身的制造方法進行選擇，最后根據(jù)tk6920重型鏜銑機床的說明書中提供的數(shù)據(jù)，對機身進行強度校核。</p><p>　　然后進行對立柱的設(shè)計計算。其步驟與床身類似。首先對立柱的材料進行選擇，第二，對立柱截面進行選擇確定。第三，對立柱的尺寸進行設(shè)計。第四，進行立柱壁厚的設(shè)計。第五，對立柱加強筋的設(shè)計。最后，對立柱進行校核。</p><p>　　接下來是對上面已經(jīng)設(shè)計好的床

45、身和立柱進行2維圖的繪制，用CAD軟件進行繪圖。用solidworks進行三維制圖，為接下來的模態(tài)分析做準(zhǔn)備。</p><p>　　第三部分，是模態(tài)分析。分別對滑枕，床身，立柱和整機進行模態(tài)分析。首先，我對ANSYS軟件進行了一個整體的學(xué)習(xí)，包括模型的導(dǎo)入分析，算法的了解和選擇，靜態(tài)分析的作用，具體過程和結(jié)果的分析，以及模態(tài)分析的作用，具體過程和結(jié)果的分析。通過具體的學(xué)習(xí)之后，對ANSYS軟件有了一個詳細(xì)的了解，

46、接下來進行課題部分的研究，并得出一定的得出結(jié)論，根據(jù)軟件分析的結(jié)果對比計算的結(jié)果，進行一定的思考與反思。</p><p>　　最后，對整個研究過程進行總結(jié)分析。</p><p><b>　　1.2.3難點</b></p><p>　　在研究整個課題過程中，存在很多難點。在剛開始進行調(diào)研時，重點在于需要對整個機床進行調(diào)查和了解，包括鏜銑機床的功能

47、和發(fā)展過程，國內(nèi)外的專家對機床的整體研究設(shè)計和分析，以及優(yōu)化。剛開始時，難點在于對床身和立柱的計算方面不知從何處下手進行計算，后來通過詳細(xì)的受力分析，和一些參考書的指導(dǎo)，知道如何進行校核，開始計算。</p><p>　　在進行靜力分析和模態(tài)分析的時候，仍然存在很大的難點。首先先要對整個軟件進行整體的學(xué)習(xí)和熟練掌握。包括其中的計算方法的選擇，和算法的運用，對于我來說都是一個全新的知識，需要進行整體的學(xué)習(xí)。在對軟件有

48、了了解之后，進行靜力分析和模態(tài)分析。在起初的分析階段，網(wǎng)格劃分的不好，載荷計算的不正確，導(dǎo)致了整個結(jié)果與實際偏差較大。在經(jīng)過反復(fù)實驗后，針對不同的模型，都找到一個較為合理的劃分方法。由于對方法掌握的熟練度不夠，倒置花費了很多時間，并且效率低下，浪費了很多不必要的時間。</p><p>　　第二章 床身和立柱設(shè)計</p><p><b>　　2.1.床身設(shè)計</b>

49、</p><p>　　2.1.1 床身材料選擇</p><p>　　作為銑鏜床的重要部件，銑鏜床工作時的大部分力都作用在床身上，因此床身的材料選擇非常重要，選擇合理，不但能滿足設(shè)計要求，而且能節(jié)約材料，降低成本，減輕自身重量。</p><p>　　表2-1 常用鑄造金屬材料的鑄造性和結(jié)構(gòu)性特點</p><p>　　對于銑鏜床，床身作為支撐

50、件，形狀復(fù)雜，并承受銑床的打不部分力，并且在工作時，床身震動較為嚴(yán)重。</p><p>　　結(jié)合以上分析，灰鑄鐵件吸震性好，并能達到強度要求，且鑄造容易，經(jīng)濟性好，因此確認(rèn)灰鑄鐵銑鏜床床身的材料。</p><p>　　2.1.2 壁厚的設(shè)計</p><p>　　通過以上分析，由于銑鏜床床身要進行砂模鑄造，查閱資料可知，其外壁可由當(dāng)量尺寸C來確定。</p>

51、;<p>　　(式中，L、B、H——床身的長、寬、高。)</p><p>　　將L=0.7 B=0.62 H=1.3 代入</p><p><b>　　得C=1.1</b></p><p>　　由下表可得床身壁厚為10mm.</p><p>　　表2-2 床身壁厚計算當(dāng)量尺寸對照表&l

52、t;/p><p>　　2.1.3機床床身的制造方法的選擇</p><p>　　由于銑鏜床床身的材料選用鑄鐵，適于進行鑄造，而且鑄造生產(chǎn)成本低，鑄造工藝靈活性大，幾乎不受零件大小、形狀、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制，所以床身用鑄造方式制造出來。</p><p>　　鑄造方法可分為砂型鑄造和特種鑄造兩種，銑鏜床床身的鑄造屬于基本零件的鑄造，可采用砂型鑄造，主要原因是砂型鑄造較之

53、其它鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短。</p><p>　　2.1.4鑄造床身強度校核</p><p>　　在床身設(shè)計中，床身強度是一個重要的限制因素，因此必須進行床身強度的校核。</p><p>　　床身長度9152mm，沿床身縱向設(shè)計一些垂直筋板。</p><p>　　已知鋼的彈性模量 ，最大載荷。</p><

54、p>　　計算床身的慣性矩 ，</p><p>　　計算組合界面的形心距,</p><p>　　圖2-1-1 床身受力分析示意圖</p><p>　　由彎矩圖可見，左端梁段內(nèi)各橫截面的彎矩相等且為最大值，Mmax=523.9kN·m。所以這段梁上各橫截面均為危險截面。由梁的正應(yīng)力強度條件式，工字鋼梁所需的彎曲截面系數(shù)為</p><p

55、>　　切應(yīng)力的分布規(guī)律與梁的橫截面形狀有關(guān)，所以對矩形截面梁受力分析。</p><p>　　根據(jù)《機械結(jié)構(gòu)設(shè)計》書中指導(dǎo)，得到以下分析計算過程</p><p>　　圖2-1-2 矩形截面梁受力分析</p><p>　　式中：為離中性軸為y的橫線以下面積對中性軸之靜矩。</p><p>　　考慮到微塊頂面上相切的內(nèi)力系的合力 <

56、/p><p>　　由切應(yīng)力互等定理，橫截面上pq線處切應(yīng)力為</p><p>　　矩形截面如圖2-1-3</p><p><b>　　or</b></p><p><b>　　∴</b></p><p>　　說明切應(yīng)力τ沿截面高度按拋物線規(guī)律變化。</p><

57、p><b>　　當(dāng)時，τ=0</b></p><p><b>　　當(dāng)y=0時，</b></p><p><b>　　考慮到</b></p><p>　　兩端簡化為固定，繞y軸彎曲μ=0.5</p><p><b>　　mm</b></p>

58、<p>　　圖2-1-4 立柱位于床身中間受力示意圖</p><p>　　當(dāng)負(fù)載處于中間位置時，可知A,B界面的最大負(fù)彎矩相當(dāng)，數(shù)值上小于C界面的最大彎矩，但因中性軸不是截面的對稱軸，最大拉應(yīng)力的點和最大壓應(yīng)力的點至中性軸的距離不等。所以最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力不一定都發(fā)生在最大彎矩的界面上，即A,B,C三個界面都可能是危險界面。</p><p>　　C點截面的剪力最大，該截

59、面上的切應(yīng)力為</p><p>　　最大彎矩發(fā)生在C端界面，其值為：</p><p>　　可見滿足梁的正應(yīng)力強度要求。</p><p><b>　　2.2 立柱設(shè)計</b></p><p>　　2.2.1.立柱材料的確定</p><p>　　立柱采用灰鑄鐵利用樹脂砂型鑄造而成，均經(jīng)過完全退火處理

60、，消除殘留內(nèi)應(yīng)力。具有抗振性好、接近零件形狀和尺寸、成本低廉、工藝靈活性強等特點。</p><p><b>　　灰鑄鐵件的特點：</b></p><p>　?、?耐磨性與消震好。由于鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油，所以耐磨性好。同樣，由于石墨的存在，灰口鑄鐵的消震性優(yōu)于鋼。</p><p>　?、?工藝性能好。由于灰口鑄鐵含碳量高，接近于共晶成分，

61、故熔點比較低，流動性良好，收縮率小，因此適宜于鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜或薄壁鑄件，另外，由于石墨使切削加工時易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵的可切削加工性優(yōu)于鋼。</p><p>　　表 2-3 鑄鐵機架常有材料</p><p>　　對比上表，選用HT250做為立柱的材料。查表可知灰鑄鐵牌號、性能和用途：</p><p>　　表2-4 灰鑄鐵牌號、性能和用途</p>&

62、lt;p>　　2.2.2立柱過渡壁結(jié)構(gòu)（立柱截面）的確定</p><p>　　參考相關(guān)資料，考慮立柱內(nèi)部空間用于安放平衡錘，設(shè)定立柱截面如下圖所示：</p><p>　　圖2-2-1 立柱截面</p><p>　　但是提高導(dǎo)軌過渡壁的剛度，只有在提高大件本體剛度的前提下，才是有效的。提高大件本體剛度的主要措施：一是合理的選擇截面形狀和壁厚，二是合理的布置加強筋

63、。</p><p>　　2.2.3 立柱形體尺寸的確定</p><p>　　設(shè)計中，按照設(shè)計宗旨：薄壁多筋，既增加立柱剛度，又沒有增加過多的重量。</p><p><b>　　1、立柱高度的確定</b></p><p>　　根據(jù)立柱上主要部件的計算和選取，分析立柱高度。根據(jù)設(shè)計要求Z軸行程為3000 mm ，主軸鼻端至

64、工作臺面最小距離為100 mm ，預(yù)留工作臺高度為300 mm ，行程余量預(yù)設(shè)計為50mm，主軸箱安裝預(yù)留尺寸為350mm，由此可以初步確定立柱總高度為3800mm。</p><p><b>　　2、立柱壁厚的確定</b></p><p>　　機床大件結(jié)構(gòu)的壁厚確定，首先要根據(jù)構(gòu)件截面慣性矩的要求，除了考慮結(jié)構(gòu)的截面形狀和板壁孔等影響以外，還要考慮結(jié)構(gòu)工藝要求。<

65、;/p><p>　　（1）鑄造結(jié)構(gòu)壁厚的確定 </p><p>　　鑄鐵的彈性模量是不穩(wěn)定的，支承大件的壁厚，應(yīng)根據(jù)鑄造工藝要求，盡可能選擇薄一點。按照當(dāng)前的鑄造工藝水平，砂模鑄造的最薄壁厚的推薦值，見表：</p><p>　　2-5 立柱壁厚設(shè)計當(dāng)量尺寸表</p><p><b>　　表中的當(dāng)量尺寸c為</b><

66、/p><p>　　C=(2L+B+H)/3</p><p>　　式中：C——當(dāng)量尺寸</p><p>　　L——鑄鐵的長度（m）；</p><p>　　B——鑄鐵的寬度（m）；</p><p>　　H——鑄鐵的高度（m）；</p><p>　　則 C=(2L+B+H)/3=（2×0.

67、5+0.43+1.6）÷3=1.01</p><p>　　從計算值和表可知，立柱壁厚最小因大于或等于12 mm，考慮過渡承載與立柱前壁受力大的情況，以及在凸臺和導(dǎo)軌等的連接處，壁厚適當(dāng)加厚，所以立柱安裝導(dǎo)軌處壁厚取38 mm，其他壁厚取25 mm。如下圖所示：</p><p><b>　　3、立柱加強肋設(shè)計</b></p><p>　

68、?。?）立柱截面形狀的畸變</p><p>　　機床的大型立柱，在通過導(dǎo)軌單邊引進載荷的情況下，如果板壁剛度不足，輕則會出現(xiàn)板壁顛振或噪聲，重則會使立柱截面產(chǎn)生畸變。不僅板壁會出現(xiàn)屈曲變形，而且四個棱角也不能保持直角。所以截面現(xiàn)狀畸變，會大大消弱結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和固有頻率。</p><p>　　（2）立柱內(nèi)板壁加強肋的選擇和設(shè)計</p><p>　　為了防止板壁顛振和

69、畸變的主要措施是提高板壁剛度（確切的說是提高固有頻率），把導(dǎo)軌引進的集中載荷，通過加強筋轉(zhuǎn)移和分散到立柱的整個截面的板壁上。</p><p>　　表2-6 肋板及肋條的基本結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　所以選用縱橫組合肋板，設(shè)計作為立柱內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.3.4 立柱校核</p><p>　　立柱受力分析，當(dāng)滑枕處于立柱上端

70、時，A端受彎矩M</p><p>　　Fn=160KN, ， ， </p><p>　　校核立柱的強度，由設(shè)計手冊中查的截面面積 </p><p>　　泊松比：u=0.26</p><p>　　彈性模量:E=1 .45e11 (N/m2)</p><p>　　密度:ρ =7400(kg/m3)</p>&

71、lt;p><b>　　滿足強度要求</b></p><p>　　根據(jù)胡可定律，求出立柱的的變形為：</p><p><b>　　對立柱進行撓度計算</b></p><p>　　當(dāng)滑枕處于立柱上端時，A端受彎矩M</p><p><b>　　對立柱進行撓度計算</b><

72、;/p><p><b>　　第三章 模態(tài)分析</b></p><p><b>　　3.1立柱分析</b></p><p>　　3.1.1 立柱建模 </p><p>　　TK6920 數(shù)控鏜銑床是一種加工方式多樣的多用途機床，可以實現(xiàn)鏜孔、銑削加工等，也可以加工精度較高的復(fù)雜孔系及大的直徑孔。在不同

73、的加工方式下，立柱所受的載荷大小也是不同的，這就需要確定一種對于立柱來說較危險的加工環(huán)境。本節(jié)就針對銑削、鏜削兩種情況的切削力分別進行討論。 </p><p>　　建模時同樣采用 SolidWorks 軟件，為了防止載荷傳遞不準(zhǔn)確，把立柱連同主軸箱、滑枕與鏜桿結(jié)構(gòu)裝配在一起進行建模，然后采用 ANSYS 的布爾運算粘結(jié)(GLUE)模擬聯(lián)接。同時還要確定立柱的危險工況，根據(jù)機床廠技術(shù)人員的建議，把主軸箱放置

74、于其行程 1/2 的立柱導(dǎo)軌上，滑枕從主軸箱中伸出 400mm，鏜桿從滑枕中伸出 1000mm時機床進行滿負(fù)荷加工是最危險的工況。</p><p>　　建立立柱、主軸箱、滑枕、鏜桿的整體裝配模型，然后利用 SolidWorks 軟件和 ANSYS 軟件的數(shù)據(jù)接口程序，將模型非常準(zhǔn)確地導(dǎo)入到 ANSYS 軟件中，在此基礎(chǔ)上進行網(wǎng)格劃分等操作，建立立柱裝配體的有限元模型。如圖3-3-1</p><

75、p>　　圖3-1-1 立柱裝配主軸箱圖</p><p>　　在建模過程中對一些對局部變形作用不大的結(jié)構(gòu)予以簡化，對應(yīng)力作用有較大影響的一些局部特征，如大螺栓孔等給與保留，而對于一些對局部變形作用不大，對應(yīng)力也不作用大的一些局部特征，如圓角倒角等特征給與簡化。綜合考慮各種因素，在保證準(zhǔn)確性的前提下得到TK6920型鏜銑床的立柱的有限元離散化模型模型。</p><p>　　在ANSYS

76、中導(dǎo)入立柱結(jié)構(gòu)模型，利用軟件自身所帶的智能劃分網(wǎng)格功能，由于此立柱結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，建模時立柱在SolidWorks中就比較復(fù)雜，因此導(dǎo)入ANSYS之后采用ANSYSY智能網(wǎng)格劃分，根據(jù)機床出具和計算機本身的情況，我選擇了8級精度，solid185單元建立了劃分網(wǎng)絡(luò)后的立柱離散化模型圖，如圖 3-1-2。</p><p>　　如圖 3-1-2 立柱離散化模型圖</p><p><b&g

77、t;　　3.1.2兩種工況</b></p><p>　　為了得到立柱的最大應(yīng)力應(yīng)變值，就需要機床在滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)情況下的極限加工方式。但是TK6920 數(shù)控鏜銑床是一種加工方式多樣的多用途機床，可以進行銑削，鏜削的加工。在兩種不同加工方式下，其機床所受載荷也是不同的，因此下面將分別討論這兩種情況： </p><p>　　（1） 機床在銑削加工時,計算條件如下表:</p>

78、<p>　　表 3-1-1 銑削工況下的切削力計算條件</p><p>　　由此條件計算得到主切削力 Fc = 23221.24N，徑向切削力 Fz = 21945.30N，軸向切削力 Fx =12191.15N。此時機床受到最大徑向切削力。 </p><p>　　（2） 機床在鏜削加工時，計算條件如下表：</p><p>　　表 3-1-2 鏜削工況

79、下的切削力計算條件</p><p>　　由此條件計算得到主切削力 Fc = 8122.68N，徑向切削力 Fz = 3827.20N，軸向切削力 Fx =4061.00 N。此時機床受到最大切削扭矩 5000N·M，但各向受力都較小，因此在立柱靜力分析時不考慮這種情況。</p><p>　　3.1.3 受力分析 </p><p>　　立柱結(jié)構(gòu)在機

80、床滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)加工時的受力情況如圖3-2-1：</p><p>　　圖3-1-3 立柱受力情況</p><p>　　(1)立柱自身的重力</p><p>　　根據(jù)立柱的材料及材料的密度，材料為 HT300，密度為 7300kg/m3，用SolidWorks建模，并</p><p>　　得出立柱重力為209430N。</p>&l

81、t;p>　　(2)滑枕裝配體的重力根據(jù)機床的整體三維建模，得出的重力為55310N。</p><p>　　(3)主軸箱的重力根據(jù)同組人員主軸箱的建模，可知主軸箱的重力56820N。</p><p>　　3.1.4 立柱的約束 </p><p>　　螺栓將立柱與滑座完全固連，滑枕可在床身上移動。由于螺栓緊固的作用，我們將立柱底面設(shè)為全約束。</p>

82、<p>　　經(jīng)過以上受力分析，將約束與各個作用力施加在有限元模型上，得出了立柱的約束加載圖。</p><p>　　3-1-4 立柱的約束加載圖</p><p>　　3.1.5 求解計算與分析結(jié)果 </p><p>　　進入求解器 Main Menu>Solution>Slove>Current LS 求解。求解完成后，進入通用后處理器觀

83、察計算結(jié)果并得到立柱結(jié)構(gòu)的位移云圖和應(yīng)力云圖。 </p><p>　　從立柱結(jié)構(gòu)在銑削時的位移場分布云圖可以看出由于立柱受力而引起的變形在立柱右側(cè)導(dǎo)軌與立柱頂面相交處達到最大值。</p><p>　　(1)銑削時的位移場分布如圖 3-1-5 所示：</p><p>　　a) 總體位移云圖 b) X 方向位移云圖</p&g

84、t;<p>　　c) Y 方向位移云圖 d) Z 方向位移云圖</p><p>　　圖 3-1-5 銑削情況下立柱結(jié)構(gòu)位移云圖</p><p>　　最大位移為 0.0211mm。其中 X 向最大位移為 0.0021mm，發(fā)生在立柱左側(cè)面的上部；Y 向最大位移為 0.0103mm，發(fā)生在立柱后面與頂面接觸處；Z 向最大位移為 0.0197

85、mm，發(fā)生在立柱導(dǎo)軌與頂面接觸處。立柱在 X 向剛度較好，而在 Y 向和 Z 向變形較大，這與立柱本身結(jié)構(gòu)和受力特點有關(guān)，因為立柱為柱狀結(jié)構(gòu)，下端面完全固定，立柱上端面受到較大壓力，但是變形值并不大，符合實際情況。 </p><p>　　立柱結(jié)構(gòu)的剛性反映在整個機床加工精度上，主要是其導(dǎo)軌面的變形，尤其是與主軸箱接觸部分的變形，在立柱銑削時的位移云圖上這一點表現(xiàn)的非常明顯。特別是 Z 向的最大位移發(fā)生在導(dǎo)軌面上，

86、這對機床的加工精度具有一定影響?？傮w來看立柱導(dǎo)軌特別是主軸箱所在位置的變形最大不超過 0.01mm，這說明立柱的剛度很好，完全符合加工要求。在立柱導(dǎo)軌的中段，可以考慮加強其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如添加加強筋等措施，來更進一步提高其剛度，進而提高整體機床的加工精度。</p><p>　　(2) 鏜削時的位移場分布如圖 3-1-6 所示：</p><p>　　a) 總體位移云圖

87、 b) X 方向位移云圖</p><p>　　c) Y 方向位移云圖 d) Z 方向位移云圖</p><p>　　圖 3-1-6 鏜削情況下立柱結(jié)構(gòu)位移云圖</p><p>　　最大位移為 0.009mm。其中 X 向最大位移為 0.0022mm，發(fā)生在立柱左側(cè)面的上部；Y 向最大位移為

88、 0.0007mm，發(fā)生在立柱下半部分；Z 向最大位移為 0.0014mm，發(fā)生在立柱導(dǎo)軌與主軸箱接觸處的位置。無論是 X 方向、Y 方向還是 Z 方向的位移都很小，說明在鏜削情況下立柱整體變形小，加工穩(wěn)定，精度較高而且保持性好。</p><p>　　3.1.6 立柱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 </p><p>　　采用 Block Lanczos 法分別提取前六階的固有頻率和振型，如圖 3-1-

89、7所示：</p><p>　　a) 第一階模態(tài)圖 b) 第二階模態(tài)圖</p><p>　　c) 第三階模態(tài)圖 d) 第四階模態(tài)圖</p><p>　　e) 第五階模態(tài)圖 f) 第六階模態(tài)圖</p>

90、;<p>　　圖 3-1-7 立柱前六階模態(tài)圖</p><p>　　表 3-1-3 立柱結(jié)構(gòu)固有頻率、振幅及振型描述</p><p>　　從前六階固有頻率可以看出，立柱的固有頻率均在 58Hz 以上，且以整體振型居多，充分體現(xiàn)立柱結(jié)構(gòu)整體的剛度較好，結(jié)構(gòu)尺寸均勻，內(nèi)部筋板布置有序合理。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，由于 TK6920 機床的立柱采用底部固定的方式，且立柱尺寸大，因此在大

91、部分階次下，立柱上端振幅較大，振型明顯。最大振幅出現(xiàn)在第六階模態(tài)里，但是對機床影響較大的主要是前幾階模態(tài)，因此不考慮最大振幅。較大的振幅出現(xiàn)在第五、第六階模態(tài)處，此時立柱處于張合振動的振型，上端振型明顯，可以考慮加強頂板處板厚及加強上端筋板。 </p><p>　　3.1.7 小結(jié) </p><p>　　本章利用有限元軟件 ANSYS 對數(shù)控銑床的立柱進行有限元模態(tài)分析， 利用 LA

92、NCZOS 法擴展了前六階模態(tài)，獲得了立柱的固有頻率和振型。結(jié)合靜態(tài)與模態(tài)分析結(jié)果表明，立柱的固有頻率較大，動態(tài)性能較好，但結(jié)構(gòu)存在剛度不均的現(xiàn)象，立柱固有頻率值局部較為密集，反映了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。有很大的改進空間。</p><p>　　3.2 滑枕模態(tài)分析</p><p>　　滑枕是整個機床中重要的零部件之一，在進行零件加工時，容易產(chǎn)生彎曲變形，導(dǎo)致加工軸線變化，進而影響對零件的加工精度

93、。為滑枕建立有限元模型，進行分析后，根據(jù)云圖顯示，就可以清楚的分析出滑枕的靜態(tài)載荷受力，和動態(tài)振型彎曲變量等等為了能夠清楚的分析出滑枕的靜態(tài)和承受載荷時的彎曲變形量。 </p><p>　　3.2.1滑枕三維模型</p><p>　　根據(jù)已知條件，滑枕長3.6 m，寬0.48 m，高0.52 m，將其安裝在主軸箱上，其最大行程為1.2 m。由于模型較為復(fù)雜，為方便進行有限元分析，因此適當(dāng)簡

94、化模型中的倒角、小圓角等，簡化后的模型如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-2-1 滑枕三維模型</p><p>　　3.2.2滑枕的有限元模型</p><p>　　因為滑枕的幾何體外形不規(guī)則，所以在進行網(wǎng)格劃分時，采用solid185 單元構(gòu)造三維實體結(jié)構(gòu)，將單元通過8 節(jié)點來定義，每個節(jié)點有沿著X、Y、Z 方向平移的3 個自由度。圖2 為進行網(wǎng)格劃分后的有

95、限元模型。</p><p>　　圖3-2-2 滑枕劃分網(wǎng)格后的有限元模型</p><p>　　要對模型進行有限元分析必須明確滑枕的受力情況，滑枕所受載荷主要是：主軸箱對其作用力Fr，通過滑枕與主軸箱接觸處的導(dǎo)軌板和鑲條作用在滑枕上；滑枕裝配體內(nèi)部零件對滑枕的重力G；機床加工時產(chǎn)生的切削力Fm等。將滑枕伸出主軸箱400 m作為主要工況分析，經(jīng)過計算Fr分別為98 836 N，G=50 000

96、 N，F(xiàn)m1=27 525 N。邊界條件包括部件的約束條件、剛性位移等是有限元計算中的關(guān)鍵因素。根據(jù)設(shè)計，滑枕底面通過4 個導(dǎo)軌板與主軸箱連接，接觸面做X與Z向約束，同時滑枕與主軸箱左右兩側(cè)鑲條接觸面做Z向約束。滑枕材料對應(yīng)的楊氏模量為1.45×1011 Pa，泊松比為0.27。</p><p>　　3.2.3 滑枕的模態(tài)分析</p><p>　　模態(tài)分析關(guān)心的是結(jié)構(gòu)的固有頻率特

97、性， 對滑枕進行模態(tài)分析，可以得到其動態(tài)特性。分析中采用Lanczos 法，該方法根據(jù)載荷空間分布模式按一定規(guī)律生成一組向量， 將系統(tǒng)運動方程轉(zhuǎn)換到其向量空間后，求解減縮的標(biāo)準(zhǔn)特征值問題，通過坐標(biāo)系的變換得到系統(tǒng)運動方程的全部或部分特征解。</p><p>　　滑枕的動態(tài)性能反映其結(jié)構(gòu)在動態(tài)切削力作用下的抗振能力，考慮到機床的工作頻帶，滑枕的前幾階模態(tài)起到重要作用。這里對滑枕伸出主軸箱400m工作狀態(tài)進行模態(tài)分析

98、。表3-1-1顯示了在這種工況下前六階固有頻率計算結(jié)果， 在滑枕工作時，外界激振頻率應(yīng)遠離第1、2 階固有頻率，防止產(chǎn)生共振現(xiàn)象，造成加工誤差。前六階模態(tài)變形云圖見圖3-2-3。</p><p>　　a) 第一階模態(tài)圖 b) 第二階模態(tài)圖</p><p>　　c) 第三階模態(tài)圖

99、d) 第四階模態(tài)圖</p><p>　　e) 第五階模態(tài)圖 f) 第六階模態(tài)圖</p><p>　　圖 3-2-3 滑枕前六階模態(tài)圖</p><p>　　表 3-2-1 滑枕結(jié)構(gòu)固有頻率、振幅及振型描述</p><p>　　從前六階固有頻率可以看出，滑枕的固有頻率相差不大。前幾

100、階固有頻率較高，滑枕整體動態(tài)性能較好?；淼牡谝还?jié)頻率是182.68Hz，可以滿足低速加工的需求，第4階和第5階的頻率相差較大，但是振型相似，且第5階的振幅最大。，滑枕的固有頻率很大，在工作時可以避免發(fā)生共振，這表明滑枕整體結(jié)構(gòu)的剛度較好，尺寸均勻，抗震性能較好。</p><p><b>　　3.2.4 總結(jié)</b></p><p>　　本節(jié)建立了大型落地鏜銑床滑枕的

101、三維模型， 并對模型進行合理簡化，將模型導(dǎo)入有限元軟件中，得到了滑枕的有限元模型， 對所得模型進行了靜力分析和模態(tài)分析。</p><p><b>　　3.3 床身分析</b></p><p>　　TK6920重型鏜銑數(shù)控機床主要零部件有，床身，立柱，滑枕，主軸箱等組成。床身在整個機床中有相當(dāng)重要的作用，它位于機床最底部，對整個機床其支撐作用。床身上有一個導(dǎo)軌滑塊，可以

102、讓立柱在床身上進行移動。床身主要承受整個機床的載荷，所以要求床身具有良好的剛度和抗震性能。</p><p>　　3.3.1 床身的受力分析 </p><p>　　在進行設(shè)計時，床身底部的設(shè)計是用38個螺栓將床身底部與地基連接起來，地基與機床的接觸面積過大，所以在分析時不考慮地基的影響，只是在與地基接觸的所有節(jié)點上加載與底面固定的約束。 </p><p>　　(1

103、). 床身自身的重力 </p><p>　　床身的尺寸為：9152×2012×650(單位：mm)； </p><p>　　材料為HT300，密度為 7400kg/m3,用 SolidWorks 自帶的計算工具得出床身重力為 203998N </p><p>　　(2). 立柱、滑座、主軸箱、滑枕、后尾筒、電機、配重等的重力為 500000N

104、</p><p>　　3.3.2床身的有限元模型</p><p>　　用SolidWorks軟件創(chuàng)建床身的三維模型，然后將三維模型導(dǎo)入ANSYS軟件中，進行網(wǎng)格劃分最后進行有限元模型分析。</p><p>　　床身底部為了加強剛度，設(shè)計成不規(guī)則的幾何形狀，所以在ANSYS網(wǎng)格劃分時，使用使用SOLID185的三維8節(jié)點六面體單元。</p><p&

105、gt;　　床身材料是灰鐵 HT300,具體參數(shù)如下：</p><p>　　泊松比：u=0.26</p><p>　　彈性模量:E=1 .45e11 (N/m2)</p><p>　　由于床身結(jié)構(gòu)較為簡單，所以在進行網(wǎng)格劃分的時候選用智能網(wǎng)格劃分，6級精度，SOLID185單元。劃分網(wǎng)格后的床身有限元模型如圖3-3-1所示:</p><p>　

106、　圖 3-3-1 床身有限元模型及網(wǎng)格劃分圖</p><p>　　3.3.3 床身靜力學(xué)分析 </p><p>　　在進行靜力學(xué)分析時，取兩個極限位置和一個中間位置進行分析。分別是滑座處在機身最左端、最右段和中間這三個情況，分析比較其剛度和強度。 </p><p>　　情況一：力均勻加載在床身的最左端的三條導(dǎo)軌面上，如圖 3-3-1、圖 2-3 所示：</

107、p><p>　　圖 3-3-2 位置 1 床身受力分析</p><p>　　圖 3-3-3 位置 1 床身有限元加載模型</p><p>　　通過ANSYS 軟件進行靜力學(xué)分析，結(jié)果如圖 3-3-4、3-3-5 所示：</p><p>　　圖 3-3-4 位置 1 節(jié)點等效應(yīng)力等值線圖 圖 3-3-5 位置 1 結(jié)構(gòu)總變形等值線圖</

108、p><p>　　從云圖上可以看出，床身的最大變形值為 0.0134mm，發(fā)生于床身 1左側(cè)的中間導(dǎo)軌面上，受影響區(qū)域大致和加載均勻載荷的區(qū)域一致。利用材料力學(xué)的相關(guān)知識分析其原因是由于床身左側(cè)四分之一段承載了立柱、主軸箱、滑枕等所有的重力。從床身功能角度考慮，床身導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)變形的趨勢是導(dǎo)軌 X軸方向間距變大，而床身 Y 方向的變形極其微小，因此產(chǎn)生的變形并不影響床身上的滑座在導(dǎo)軌上的穩(wěn)定滑動（Z 方向），完全符合功能要

109、求。但如果要求滑座在床身導(dǎo)軌上以較高速度頻繁移動，加載在床身上的均勻載荷可能會降低 Z方向的移動精度，此時就需要考慮改進床身的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，減小變形量。</p><p>　　情況二：力均勻加載在床身 1 與 2 結(jié)合處的三條導(dǎo)軌面上，如圖 3-3-6、圖3-3-7所示： </p><p>　　圖 3-3-6 位置 3 床身受力分析</p><p>　　圖 3-3-7

110、 位置 2 床身有限元加載模型</p><p>　　通過ANSYS 軟件進行靜力學(xué)分析，結(jié)果如圖 3-3-7、3-3-8 所示： </p><p>　　圖 3-3-7 位置 2 節(jié)點等效應(yīng)力等值線圖 圖 3-3-8 位置 2 結(jié)構(gòu)總變形等值線圖</p><p>　　從結(jié)構(gòu)總變形的結(jié)果分析，床身的最大變形值為 0.0141mm，發(fā)生于床身 1、2 連接處的中間導(dǎo)

111、軌的側(cè)面上，變形區(qū)域較小，集中于兩床身連接處?；趯?dǎo)軌面上運動至兩床身連接處時，由于兩床身連接處的剛度較床身中間段差，變形的趨勢除了 X 方向還有 Y 方向（垂直床身向上），但當(dāng)前施加的載荷所產(chǎn)生的變形量不大，對床身上的滑座在導(dǎo)軌上的穩(wěn)定滑動（Z 方向）也不會產(chǎn)生較大的影響。如果載荷再大一些，滑座在導(dǎo)軌面上運動至兩床身連接處，床身可能會有壓潰變形發(fā)生，同時更大的 Y 方向變形對加工精度有較大的影響，有必要建議優(yōu)化兩床身的連接和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

112、。</p><p>　　情況三：力均勻加載在床身 2 的最右端的三條導(dǎo)軌面上，如圖 3-3-9、圖 3-3-10所示：</p><p>　　圖 3-3-9 位置 3 床身受力分析</p><p>　　圖 3-3-10 位置 3 床身有限元加載模型</p><p>　　通過ANSYS 軟件進行靜力學(xué)分析，結(jié)果如圖 3-3-11、3-3-12

113、所示： </p><p>　　圖 3-3-11 位置 3 節(jié)點等效應(yīng)力等值線圖 圖 3-3-12 位置 3 結(jié)構(gòu)總變形等值線圖</p><p>　　從圖 2-13 的結(jié)果分析，床身的最大變形值為 0.00963mm，發(fā)生在床身 2 的右側(cè)導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)面上，變形區(qū)域和加載均勻載荷的區(qū)域大致一致，變形值較小，不影響滑座在導(dǎo)軌面上運動的穩(wěn)定性以及主軸的加工精度。本情況和討論的第一種情況類似

114、，具體分析不再贅述。 </p><p>　　滑座所處的三個極端位置的靜力學(xué)分析如表 3-3-1 所示：</p><p>　　表 3-3-1 靜力學(xué)分析結(jié)果對比表</p><p>　　床身的材料是 HT300，它的強度極限為 250MPa，從上表中看出，這三種情況的最大應(yīng)力都遠遠小于它的屈服極限，滿足剛度、強度要求。</p><p>　　3.

115、3.4 床身模態(tài)分析 </p><p>　　采用 Block Lanczos 法提取前 6 階的固有頻率和振型，如圖 3-3-12 所示，各階頻率如表 3-3-2 所示：</p><p>　　一階振型 二階振型</p><p>　　三階振型 四階振型<