卧式加工中心立柱的分析设计

卧式加工中心立柱的分析设计

针对传统加工方法在加工精度上的不足，研制一种整体结构为正T型的曲轴端面加工中心。它采用整体式床身设计，主轴箱非重心驱动，避免一些由于客观原因而造成的精度误差。大型机床能够达到的加工精度与机床结构及其稳定性直接相关

［1］因此合理的结构设计可以提高曲轴加工的效率和精度，从而提高曲轴加工的自动化水平

［2］可见对曲轴端面加工中心进行必要的结构动力学分析，能了解结构不足之处，为后续改进提高结构强度、刚度提供依据，使其更加合理化。

  机床立柱及主轴箱结构模型

在立柱的结构设计中，整体刚度越高越稳定。本研究考虑了加工中心的高精度和刚度要求，尽可能减少零件数量，采用整体式立柱设计，整个立柱呈空腔结构; 主轴箱作为重要部件之一采用非重心驱动设计。传统的主轴形式会因为加工过程中主轴重心位置的变化而引起主轴轴心位置偏移，而采用非重心驱动的方式很好地避免了由于加工过程中主轴由于重心位置改变而产生的“低头”现象。

在有限元分析之前，通过对复杂的机械结构进行适当的模型简化能够在很大程度上提高计算效率。由于床身体积较大，本研究通过简单的固定块来做等效床身，重点分析立柱及主轴箱的动态特性。我们进行适当简化，简化后主要由立柱，四根导轨，主轴箱，以及等效床身的固定块组成。分析模型中，一般结构及导轨的实体部分可以用三维实体单元模拟，接触面间的接触特性则采用六节点的等参数单元模拟结合部的接触特性。

根据实际加工情况，本研究在底座上施加固定约束，在加工刀具刀头位置施加通过运动学仿真得到的轴向载荷，分析主轴箱分别位于立柱最低端、中部，最高端这3 个情况时的立柱的动态特性

通过模态分析，本研究得到了立柱结构的固有频率。可知在激振频率接近立柱结构的固有频率时，会产生共振现象。在有较高精度要求的加工过程中，电机所产生的不必要的振动直接作用在立柱上，会严重影响加工精度。因此，分析结构固有频率可以尽可能减少因共振所产生的影响。