1 數(shù)控龍門銑床整體方案
數(shù)控龍門銑床的平臺跨距大，作業(yè)速度快，整機(jī)性能對作業(yè)效率與加工質(zhì)量影響極大。橫梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量大、剛度強(qiáng)是影響整機(jī)靈活性與定位精度的重要部件。本次研究通過模擬雙橫梁結(jié)構(gòu)對數(shù)控龍門銑床整體方案進(jìn)行設(shè)計。
2 機(jī)床受力分析
數(shù)控機(jī)床加速快、進(jìn)給速度高，在進(jìn)行性能評估時不能忽略慣性對機(jī)床的影響。本次研究利用ADAMS軟件的動力學(xué)分析功能對機(jī)床受力情況進(jìn)行研究。首先建立龍門銑床的動力學(xué)模型，如圖2所示；然后在立柱與床身、地面之間分別施加約束，在床身與靜橫梁之間、滑塊與滑枕之間、靜橫梁動與橫梁之間分別建立直線移動副；并將加速度設(shè)為g，分析此時數(shù)控機(jī)床各部件的受力情況。當(dāng)機(jī)床部件沿著Y軸作加速度為g的直線運(yùn)動時，ADAMS軟件分析靜橫梁在X軸與Y軸方向的受力均為85kN左右；當(dāng)機(jī)床部件沿著X軸運(yùn)動時，ADAMS軟件分析動橫梁在X軸與Z軸方向的受力均為34.5kN左右。再對傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)在相同運(yùn)動條件下各部件的受力情況進(jìn)行分析，橫梁在X軸方向的受力約為266kN，遠(yuǎn)超雙橫梁結(jié)構(gòu)下機(jī)床各部件所承受的壓力。
3 機(jī)床有限元模型及動態(tài)特性
本文利用Hypermesh軟件構(gòu)建機(jī)床的有限元模型。首先建立數(shù)控龍門銑床的三維幾何模型，其次導(dǎo)入到處理軟件進(jìn)行求解分析，然后再導(dǎo)入Hypermesh軟件中，建立有限元模型。在有限元模型中，可以運(yùn)用Ansys軟件對機(jī)床模態(tài)進(jìn)行解析，分析機(jī)床的動態(tài)特性。
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動態(tài)特性是指機(jī)床在運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性，是影響工件的加工質(zhì)量、刀具系統(tǒng)維護(hù)等的重要參數(shù)，尤其在現(xiàn)代機(jī)械加工行業(yè)，數(shù)控機(jī)床的切削速度進(jìn)一步加快，動態(tài)特性分析已經(jīng)成為機(jī)床設(shè)計與評估的重要內(nèi)容。通過機(jī)床的有限元模型對其動態(tài)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)影響機(jī)床性能的因素主要包括以下幾個方面：
1）結(jié)合部的阻尼特性和剛性。組成龍門銑床的零部件較多，各零部件間連接方式復(fù)雜多樣，零部件之間的連接區(qū)域稱為結(jié)合部，結(jié)合部的阻尼特性和剛性是影響機(jī)床整體動態(tài)性能的重要因素。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，機(jī)床振動問題中約六成是由結(jié)合部引起的。
2）靜態(tài)剛度是影響機(jī)床動態(tài)特性的另一重要因素。由于滑枕位于橫梁中間位置時機(jī)床受力最大，變形最明顯，選擇這個位置作為靜態(tài)剛度的初試分析位置，可得到更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y試結(jié)果。 3）數(shù)控機(jī)床的加速快、進(jìn)給速度高，啟動和運(yùn)行需要的驅(qū)動力都較大，這一過程中機(jī)床性能也會受到影響。借助有限元模型對機(jī)床動態(tài)特性進(jìn)行預(yù)估和分析，能夠有效促進(jìn)機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對機(jī)床設(shè)計和制造具有極為重要的意義。
