数控外圆磨床床身的有限元分析与优化.pdfVIP

精密制造与 自动化 2012年第4期 数控外圆磨床床身的有限元分析与优化 陈卫菊 钱 梅 王均涛 (上海机床厂有限公司 上海 200093) 摘 要 利用 solidwo~s软件建立了数控外圆磨床床身的三维模型，并在 simulation软件模块中对其进行了静力 学和模态的有限元分析，根据分析结果对床身的壁厚、掏沙孔型等不合理结构进行修改。结果表明，磨床床身经 有限元分析和优化后，床身的最大应力可以降低22．27％，床身的质量可以减少9．14％，solidwo~s分析软件为设 计出性能优 良、成本低廉的床身提供了理论支持。 关键词 磨床床身 优化分析 模态 结构刚度 数控外圆磨床在现代制造加工领域中起着举 求解精度，又不会因为网格太密而导致计算费时。在 足轻重的作用，磨床的性能优劣将直接影响加工精 simulmion模块 中选择基于曲率的网格，最大单元大 度 ，因此如何提高磨床的性能成了设计成功与否的 小为235．242mm，最小单元大小为47．0483mti1，雅 关键。 可比点位为4点，进行网格划分，单元总数为55756， 床身是数控外圆磨床的关键和基础部件之一，它 节点总数为106502，如图iN示。 起着支撑工件、工作台、头架、尾架和砂轮架等关 键零部件的作用。数控磨床床身结构的设计尺寸和 布局形式，决定了其本身的各种动态特性，即静、动 刚度。往往由于床身结构设计的不合理，导致床身 的刚度不足，引起各种变形和振动，降低 了零件的 磨削精度；或按传统的方法进行设计，床身的安全 因数过高，就会造成成本增加 。因此，对数控外圆磨 床床身结构的研究显得尤为重要 。 随着计算机技术的快速发展，CAE分析软件可 以帮助设计人员有效地解决设计问题，并可 以进行 图1 数控外圆磨床床身的有限元模型 多种设计方案的比较 。运用solidworks软件 中的 simulation模块对H234数控外圆磨床的床身进行 1．3 边界条件的定义和载荷的加载 了静力学和模态分析，并对其结构进行了优化，为 床身通过l2个垫铁放置在地基上，在前床身上 设计出性能优 良、成本低廉的床身提供了理论支持。 有头架、尾架和工件，在后床身上有砂轮架和垫板。其 中：头架为400kg；尾架为200kg；工件为150kg．砂轮 1 床身的静力学分析 架和垫板为1500kg。 1．1有限元模型的建立 因此，在机床未工作时，机床床身仅受到头架、 根据 已有图纸按照实际尺寸在solidworks软件中 尾架、工件、砂轮架和垫板的重力。由于工件 由 建立H234数控外圆磨床床身的三维模型，忽略床身 头、尾架顶持，因此作用在头、尾架的工件重力 上的小孔、凸台等细节。床身材料为HT250，其参数 为其重力的1／2，砂轮架和垫板作用在后床身的重力 为：密度 =7300kg／m 、弹性模量E=125GPa、 为14700N，头架作用在前床身重力为4655N，尾 泊松LL~／=0．25。 架为2695N方向均为y车由的负方 向。 1．2 网格划分 1．4 应力和应变结果 网格的疏密程度决定求解的难度和精确度，在 运~simulation模块，进行有限元分析求解 ，提 一 般情况下，选择适当的网格疏密程度 ，既能保证 取计算结果，可以查看到整个床身的应力、变形结