龍門銑床的無限元剖析與研討 （一）概論 目前相似機床的設(shè)計次要是以經(jīng)歷設(shè)計為主，傳統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計無法判別設(shè)計中存在的缺陷。對GS1522龍門銑床停止模態(tài)剖析，求解零件的共振特性，進而剖析工中動力學特性上的單薄環(huán)節(jié)，停止構(gòu)造比選優(yōu)化設(shè)計。 本報告次要對GS1522龍門銑床全體構(gòu)造停止模態(tài)剖析，計算零件前100階固有頻率及對應(yīng)振型。采用ANSYS11.0軟件。 （二）GS1522龍門銑床無限元模型 2.1簡化與假定條件 在ANSYS建模之前，對GS1522龍門銑床全體SOLIDWORKS模型停止了適當簡化，疏忽了外圓角、螺栓孔等對全體靜態(tài)特性影響不大的粗大構(gòu)造。 剖析模型以SOLID45（8節(jié)點）單元。 為了計算零件零碎（能夠發(fā)作共振）的低階固有頻率，Y向進給驅(qū)開工作臺于底座最遠端，Z向進給驅(qū)動滑安于最上地位，使?jié)L珠絲桿受扭段處于最長形態(tài)；滑枕運轉(zhuǎn)至橫梁中部地位。 假定條件： （1）滾珠絲桿副的螺母理想雙向預(yù)緊；A端軸承雙向預(yù)緊，B端軸承軸向游動（以防熱脹）且不計摩擦 （2）一切緊固螺栓理想聯(lián)接無松動。滑枕與壓塊之間的螺栓聯(lián)接能保證理想結(jié)合面；X導游軌鑲條與橫梁、Y導游軌與底座能保證理想結(jié)合面。 （3）不計直線導軌副摩擦，導軌副可理想滑動。均衡桿可沿軸向（Z向）理想滑動。 （4）未計（加工時）工件的質(zhì)量。 （5）未計側(cè)銑頭號附件的質(zhì)量。 （6）未計構(gòu)造阻尼等。 2.2分塊建模與模塊兼并 GS1522龍門銑床的全體構(gòu)造復(fù)雜，規(guī)模較大。為了便于構(gòu)造修正及重建模型，采用分塊建模，行將全體GS1522龍門銑床分為14個分模塊，獨自處置CAD模型、ANSYS網(wǎng)格劃分，然后再停止模型組合。 建模中觸及的13個分模塊為：底座、立柱、橫梁、任務(wù)臺、滑枕、滑鞍、壓塊、均衡杠、主軸、X向（橫梁方向）驅(qū)動、Y向（任務(wù)臺方向）驅(qū)動、Z向（鉛垂方向）驅(qū)動、X導游軌和Y導游軌。 2.3各模塊構(gòu)造的耦合設(shè)定 目的是確定各個模塊之間的拆卸關(guān)系。依據(jù)GS1522龍門銑床各零部件的構(gòu)造功用與運動關(guān)系，確定模塊之間的約束關(guān)系如下表2.3-1。 表2.3-1各模塊構(gòu)造的耦合關(guān)系——約束方程（參見圖2.4-1） 模塊甲（選擇單元） 模塊乙（選擇節(jié)點） 約束自在度 1 均衡杠 壓塊 UX、UY 2 均衡杠 滑枕 UX、UY、UZ 3 滑枕 主軸 UX、UY、UZ 4 滑枕 壓塊 UX、UY、UZ 5 滑鞍 壓塊 UX、UY、UZ 6 滑枕 滑鞍 UX、UY、UZ 7 滑枕 Z向驅(qū)動 UX、UY、UZ 8 滑鞍 Z向驅(qū)動 UX、UY、UZ 9 滑鞍 X向驅(qū)動 UX、UY、UZ 10 X向驅(qū)動 橫梁 UX、UY、UZ 11 Z向驅(qū)動 滑鞍 UX、UY、UZ 12 X向驅(qū)動軸承 X向驅(qū)動軸承座 UY、UZ 13 X導游軌 滑鞍 UY、UZ 14 橫梁 X導游軌 UX、UY、UZ 15 橫梁 立柱 UX、UY、UZ 16 任務(wù)臺 Y向驅(qū)動 UX、UY、UZ 17 任務(wù)臺 Y導游軌 UX、UZ 18 底座 立柱 UX、UY、UZ 19 Y向驅(qū)動 底座 UX、UY、UZ 20 Y導游軌 底座 UX、UY、UZ 21 均衡杠套筒 均衡杠軸承座 UX、UY 22 Z向驅(qū)動軸承座 Z向驅(qū)動軸承 UX、UY 23 Y向驅(qū)動軸承 Y向驅(qū)動軸承座 UX、UZ 2.4最終模型。 圖2.4-1GS1015龍門銑床無限元網(wǎng)格模型 2.5模型規(guī)模 GS1522龍門銑床各個模塊及零件無限元模型單元數(shù)、節(jié)點數(shù)及單元類型如表2.5-1。 表2.5-1無限元模型闡明 模塊稱號 單元數(shù) 節(jié)點數(shù) 單元類型 1 底座 159544 248538 SOLID45 2 立柱 37210 68522 SOLID45 3 橫梁 48950 87581 SOLID45 4 任務(wù)臺 64878 88279 SOLID45 5 滑枕 20930 35798 SOLID45 6 滑鞍 15590 24750 SOLID45 7 壓塊 8894 14452 SOLID45 8 均衡杠 2512 4466 SOLID45 9 主軸 2682 3420 SOLID45 10 X向驅(qū)動 7563 9815 SOLID45 11 Y向驅(qū)動 8328 10534 SOLID45 12 Z向驅(qū)動 9162 10692 SOLID45 13 X導游軌 3168 5232 SOLID45 14 Y導游軌 4850 8256 SOLID45 總計 GS龍門銑床 394261 620335 SOLID45 2.6約束條件 機床底座固定在地基上，故底座底面全部節(jié)點，約束其UZ方向的自在度；底座裝置螺栓的地位節(jié)點，約束其UX、UY、UZ方向的自在度。 （三）剛性銜接模態(tài)計算后果與剖析 表3-1GS1522龍門銑床無限元模型剛性銜接工況闡明 工況稱號 工況闡明 GS1522龍門銑床原始工況 按照原始SolidWorks模型計算 GS1522龍門銑床任務(wù)臺挪動1100mm工況 絕對于工況一，任務(wù)臺沿負Y向平移1100mmm GS1522龍門銑床任務(wù)臺挪動2200mm工況 絕對于工況一，任務(wù)臺沿負Y向平移2200mmm GS1522龍門銑床滑鞍挪動900mm工況 絕對于工況一，滑鞍沿Y向平移900mmm GS1522龍門銑床滑枕挪動500mm工況 絕對于工況一，滑枕沿負Z向平移500mmm GS1522龍門銑床滑枕挪動1000mm工況 絕對于工況一，滑枕沿負Z向平移1000mmm 3.1GS1522龍門銑床處于初始任務(wù)地位工況 3.1.1模態(tài)剖析后果 GS1522龍門銑床無限元剛性模態(tài)剖析后果如下表3.1-1。 表3.1-1剛性銜接，初始任務(wù)地位——模態(tài)剖析后果 階次 頻率（Hz） 振型簡介 參考圖 階次 頻率（Hz） 振型簡介 參考圖 1 14.283 均衡杠彎曲，******蠕動位移為均衡桿下端部11.869mm 圖3.1-1 51 323.14 2 14.285 均衡杠彎曲 52 325.86 3 14.287 均衡杠彎曲 53 356.50 4 14.289 均衡杠彎曲 54 366.39 5 35.075 滑鞍滑枕彎曲 圖3.1-8 55 369.96 6 41.817 滑鞍滑枕彎曲 56 376.33 7 47.951 Y向驅(qū)動彎曲 圖3.1-15 57 381.03 8 48.217 Y向驅(qū)動彎曲 58 381.40 9 71.907 Y向驅(qū)動彎曲 59 390.61 10 72.287 滑枕與均衡杠彎曲 圖3.1-22 60 390.95 11 72.339 61 390.96 12 72.368 62 399.70 13 76.261 63 404.89 14 95.816 均衡杠中部彎曲 64 408.49 15 96.487 65 414.75 16 96.496 66 423.52 Z向驅(qū)動歪曲 17 96.536 67 427.42 均衡杠歪曲 18 96.761 68 429.27 Z向驅(qū)動歪曲 19 111.88 69 435.23 滑鞍彎曲 20 131.52 均衡杠底部翹曲 70 443.32 21 132.20 主軸箱、Z向驅(qū)動彎曲 71 453.49 22 136.42 72 464.08 23 142.03 73 480.82 24 142.66 74 481.49 任務(wù)臺較大變形 25 183.40 75 500.55 26 185.30 均衡杠底部翹曲 76 504.37 27 198.45 77 508.20 28 198.96 X向驅(qū)動彎曲 78 510.43 29 199.04 79 516.18 X向驅(qū)動較大歪曲 30 199.43 80 528.97 31 201.33 81 532.51 32 202.80 均衡杠向外側(cè)歪曲 82 538.11 33 211.20 83 541.09 機床全體變形 34 213.12 84 541.46 均衡杠底部較大歪曲 35 247.34 85 544.96 36 251.98 86 545.98 37 255.57 87 552.15 38 257.44 88 557.72 39 270.61 89 560.51 40 272.54 Y向驅(qū)動絲桿彎曲 90 562.97 X向驅(qū)動絲桿變形 41 279.63 91 563.11 42 279.92 92 565.41 43 281.22 93 568.18 均衡杠彎曲 44 281.73 94 571.02 45 282.46 95 578.01 46 283.71 96 582.21 47 285.34 97 593.31 任務(wù)臺變形 48 296.14 98 596.00 49 298.06 99 604.85 50 309.49 100 614.04 滑鞍歪曲 理解更多信息請登錄杭州海天精工機床無限公司：http://www.dyliao.com/分享到：