数控机床滚动导轨结合面刚度有限元分析.pdf

学兔兔 数控机床滚动导轨结合面刚度的有限元分析 FiniteelementanalysisofNCmachinerollingguidejointsti竹ness 范晋伟，王鸿亮，张兰清，袁 帅，纪 实 FANJin．wei，WANG Hong．1iang，ZHANG Lan．qing，YUAN Shuai，JlShi (北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院，北京 10Ol24) 摘 要：直线滚动导轨是数控机床的重要零部件，其结合面的接触刚度直接影响对数控机床整机动态特 性分析。对两种不同直线滚动导轨进行结构简化，运用PFo／E对简化后的滚动导轨进行几何建 模，将几何模型转化为IGES中间格式导人ANSYSWorkbench有限元分析软件中进行静力学 分析。通过对滑块的法向和切向分别施加不同大小的载荷得到变形量的平均值，运用刚度计 算公式得到了简化后滑块表面的法向刚度和切向刚度。提出了应用滑块表面刚度来估算结合 面接触刚度 ，并通过反求法进行了验证，最后证明了该方法的正确性。 关键词：滚动导轨；结合面；有限元；接触刚度；弹簧刚度；等效 中圈分类号：TH114；TG659 文献标识码 ：A 文章编号：1009-0134(2016)02-0134-05 0 引言 结合面的接触刚度进行了研究。随着科学技术的发展， 机床及各类机械一般都是 由零部件组成，而零部 有限元分析分析软件的应用越来越广泛，而且精度越来 件之间相互接触的表面称为结合面 (或接触面)。结 越高。常见的有限元分析软件有ANSYS、ABAQUS、 合面包括固定结合面 、半 固定结合面和运动结合面 。 MSC／NASTRAN等，一般都能进行线性和非线性的结构 无论是哪种结合面，均是 “柔性结合”，即结合面既 动力、静力学分析。论文主要采用ANSYSWorkbench对 表现出弹性又有阻尼，既储存能量又消耗能量…。许 滚动导轨法 向和切 向进行静刚度分析，将测量的变形量 多研究表明，机床 中结合面的刚度约 占机床总刚度的 采用Excel曲线拟合得到结合面法 向刚度和切向刚度 。 60％~80％，结合面引起的变形量约 占机床总体静变形 1 滚动导轨的类型及结合面等效动力学模型 量 的85％~90％f2。结合面刚度是机床总刚度 的重要组 成部分，甚至是机床的薄弱环节∞]，结合面的变形不仅 根据滚动导轨的工作状况的不同，常见的类型有 三种，分别为M】：径 向载荷型、四方 向等载荷型及高载 会影响组成结构的几何关系，甚至会影响机床的加工精 度及寿命 。在使用有限元软件对机床部件或整机进行动 荷型，如图1所示。径 向载荷型滚动导轨用于表面承受 态特性分析时，结合面模型建立的正确与否直接影响分 析的结果。 导轨是机床的重要组成部分，其中滑动导轨和滚 动导轨是最常见 的形式，而导轨与滑块之 间的结合面 是常见 的运动结合面。滚动导轨是在滑动导轨 的基础 ／ ＼L l 上发展起来 的，滚动导轨相对于滑动导轨具有 以下优 (b)四方向等载荷型 点 ：1)定位精度高；2)精度保持性好；3)