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基于ANSYS的數控盤旋轉體的有限元分析

發布于:2023-12-27 20:35
有限元分析

      高檔數控機床是發展我國先進制造技術及重大裝備的基礎,具有重大的經濟和戰略地位。隨著科學技術發展,制造技術的進步以及現實需求的變化,現代數控機床向著高速、高效、高精度、高可靠性和工藝復合化的方向發展,其結構朝著簡約和集成模塊化方向發展這對數控機床的設計提出了越來越高的要求,需要不斷采取新的有限元分析設計理論、方法、技術和手段支持創新產品的研發,其中高端機床關鍵功能部件的研發及產業化就是一個重要的方面。
      數控平旋盤是數控鏜銑床的重要功能部件。在使用數控鏜銑床加工大直徑孔時,由于受到刀具的局限,大直徑孔的加工一般采用立銑刀圓弧插補的辦法進行。采用此種加工工藝方法雖然能夠獲得滿意的加工質量;但存在加工軌跡長、效率低和機床插補精度對加工幾何精度影響大等問題,制約了數控鏜銑床的效率和效能。數控鏜銑床配備了數控平旋盤后可以將銑削變為車削,增加了鏜削大直徑孔、平面、車削外圓、端面和切槽等功能,并且大幅度提高了加工效率。
      作為平旋盤的主要功能部件,旋轉體在平旋盤的動、靜態特性方面起到了極為重要的作用,同時旋轉體的質量大小、整體剛度直接影響了平旋盤的加工精度,所以研究旋轉體的靜態特性及受力變形情況,對于提高平旋盤整體的加工精度和效率,以及之后的改進設計具有重要的意義。
      平旋盤是意大利丹德瑞刀具公司生產的大中型精密刀具。UT5系列平旋盤的 U 軸與機床其他數控軸(數控鏜床的W軸或V軸,數控龍門銑的Z軸或X 軸)聯動插補后,可實現鏜內孔和內球面,車外圓和車外球面,車端面、車背面和切槽(各種弧形或異型密封槽),鏜錐孔、凹凸面、錐管螺紋和圓柱螺紋,也能完成各種復雜型面的加工。其實物圖與效果模擬圖如圖所示。
      平旋盤各零部件及旋轉體整體的剛度和強度是設計結構時考慮的重點。平旋盤各零件及整體抵抗變形的能力,即其剛度,是平旋盤性能的重要指標之一。旋轉體的質量,大小和在整個平旋盤剛度中所占比例,直接影響到整個部件的剛度分布及性能;因此,合理地設計平旋盤旋轉體的結構,以及外壁和筋板的厚度,并分析其動靜態剛度,可以提高設計效率,縮短產品的研發周期。平旋盤旋轉體的三維實體模型如圖所示,具體結構尺寸見表。
      旋轉體是平旋盤的主要旋轉零件,一般通過定位孔固定在與主軸相連的連接體上,其隨主軸做旋轉運動。旋轉體工作時,一方面承受裝有銑刀的滑板軸向力及徑向力的作用,作用點在直線導軌的4個滑塊上,等效處理后為作用在旋轉體的4個定位孔塊上,并且當滑塊位于底座的最底端時底座受力最大;另一方面還要承受絲杠所帶的壓力,絲杠主要承受電主軸及其附件的重力。對上述各力做簡化處理和力的平移變換,可得旋轉體內側圓孔面承受絲杠轉化的壓力F=870N,4個等效受力為:靠近滑板一側圓孔受550N的拉力,遠離滑板一側圓孔受760N的壓力,小圓孔的等效面積約為200mm2。


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