龙门铣床的无限元剖析与研讨 （一）概论 目前相似机床的设计次要是以经历设计为主，传统的构造设计无法判别设计中存在的缺陷。对GS1522龙门铣床停止模态剖析，求解零件的共振特性，进而剖析工中动力学特性上的单薄环节，停止构造比选优化设计。 本报告次要对GS1522龙门铣床全体构造停止模态剖析，计算零件前100阶固有频率及对应振型。采用ANSYS11.0软件。 （二）GS1522龙门铣床无限元模型 2.1简化与假定条件 在ANSYS建模之前，对GS1522龙门铣床全体SOLIDWORKS模型停止了适当简化，疏忽了外圆角、螺栓孔等对全体静态特性影响不大的粗大构造。 剖析模型以SOLID45（8节点）单元。 为了计算零件零碎（能够发作共振）的低阶固有频率，Y向进给驱开工作台于底座最远端，Z向进给驱动滑安于最上地位，使滚珠丝杆受扭段处于最长形态；滑枕运转至横梁中部地位。 假定条件： （1）滚珠丝杆副的螺母理想双向预紧；A端轴承双向预紧，B端轴承轴向游动（以防热胀）且不计摩擦 （2）一切紧固螺栓理想联接无松动。滑枕与压块之间的螺栓联接能保证理想结合面；X导游轨镶条与横梁、Y导游轨与底座能保证理想结合面。 （3）不计直线导轨副摩擦，导轨副可理想滑动。均衡杆可沿轴向（Z向）理想滑动。 （4）未计（加工时）工件的质量。 （5）未计侧铣头号附件的质量。 （6）未计构造阻尼等。 2.2分块建模与模块兼并 GS1522龙门铣床的全体构造复杂，规模较大。为了便于构造修正及重建模型，采用分块建模，行将全体GS1522龙门铣床分为14个分模块，独自处置CAD模型、ANSYS网格划分，然后再停止模型组合。 建模中触及的13个分模块为：底座、立柱、横梁、任务台、滑枕、滑鞍、压块、均衡杠、主轴、X向（横梁方向）驱动、Y向（任务台方向）驱动、Z向（铅垂方向）驱动、X导游轨和Y导游轨。 2.3各模块构造的耦合设定 目的是确定各个模块之间的拆卸关系。依据GS1522龙门铣床各零部件的构造功用与运动关系，确定模块之间的约束关系如下表2.3-1。 表2.3-1各模块构造的耦合关系——约束方程（参见图2.4-1） 模块甲（选择单元） 模块乙（选择节点） 约束自在度 1 均衡杠 压块 UX、UY 2 均衡杠 滑枕 UX、UY、UZ 3 滑枕 主轴 UX、UY、UZ 4 滑枕 压块 UX、UY、UZ 5 滑鞍 压块 UX、UY、UZ 6 滑枕 滑鞍 UX、UY、UZ 7 滑枕 Z向驱动 UX、UY、UZ 8 滑鞍 Z向驱动 UX、UY、UZ 9 滑鞍 X向驱动 UX、UY、UZ 10 X向驱动 横梁 UX、UY、UZ 11 Z向驱动 滑鞍 UX、UY、UZ 12 X向驱动轴承 X向驱动轴承座 UY、UZ 13 X导游轨 滑鞍 UY、UZ 14 横梁 X导游轨 UX、UY、UZ 15 横梁 立柱 UX、UY、UZ 16 任务台 Y向驱动 UX、UY、UZ 17 任务台 Y导游轨 UX、UZ 18 底座 立柱 UX、UY、UZ 19 Y向驱动 底座 UX、UY、UZ 20 Y导游轨 底座 UX、UY、UZ 21 均衡杠套筒 均衡杠轴承座 UX、UY 22 Z向驱动轴承座 Z向驱动轴承 UX、UY 23 Y向驱动轴承 Y向驱动轴承座 UX、UZ 2.4最终模型。 图2.4-1GS1015龙门铣床无限元网格模型 2.5模型规模 GS1522龙门铣床各个模块及零件无限元模型单元数、节点数及单元类型如表2.5-1。 表2.5-1无限元模型阐明 模块称号 单元数 节点数 单元类型 1 底座 159544 248538 SOLID45 2 立柱 37210 68522 SOLID45 3 横梁 48950 87581 SOLID45 4 任务台 64878 88279 SOLID45 5 滑枕 20930 35798 SOLID45 6 滑鞍 15590 24750 SOLID45 7 压块 8894 14452 SOLID45 8 均衡杠 2512 4466 SOLID45 9 主轴 2682 3420 SOLID45 10 X向驱动 7563 9815 SOLID45 11 Y向驱动 8328 10534 SOLID45 12 Z向驱动 9162 10692 SOLID45 13 X导游轨 3168 5232 SOLID45 14 Y导游轨 4850 8256 SOLID45 总计 GS龙门铣床 394261 620335 SOLID45 2.6约束条件 机床底座固定在地基上，故底座底面全部节点，约束其UZ方向的自在度；底座装置螺栓的地位节点，约束其UX、UY、UZ方向的自在度。 （三）刚性衔接模态计算后果与剖析 表3-1GS1522龙门铣床无限元模型刚性衔接工况阐明 工况称号 工况阐明 GS1522龙门铣床原始工况 按照原始SolidWorks模型计算 GS1522龙门铣床任务台挪动1100mm工况 绝对于工况一，任务台沿负Y向平移1100mmm GS1522龙门铣床任务台挪动2200mm工况 绝对于工况一，任务台沿负Y向平移2200mmm GS1522龙门铣床滑鞍挪动900mm工况 绝对于工况一，滑鞍沿Y向平移900mmm GS1522龙门铣床滑枕挪动500mm工况 绝对于工况一，滑枕沿负Z向平移500mmm GS1522龙门铣床滑枕挪动1000mm工况 绝对于工况一，滑枕沿负Z向平移1000mmm 3.1GS1522龙门铣床处于初始任务地位工况 3.1.1模态剖析后果 GS1522龙门铣床无限元刚性模态剖析后果如下表3.1-1。 表3.1-1刚性衔接，初始任务地位——模态剖析后果 阶次 频率（Hz） 振型简介 参考图 阶次 频率（Hz） 振型简介 参考图 1 14.283 均衡杠弯曲，******蠕动位移为均衡杆下端部11.869mm 图3.1-1 51 323.14 2 14.285 均衡杠弯曲 52 325.86 3 14.287 均衡杠弯曲 53 356.50 4 14.289 均衡杠弯曲 54 366.39 5 35.075 滑鞍滑枕弯曲 图3.1-8 55 369.96 6 41.817 滑鞍滑枕弯曲 56 376.33 7 47.951 Y向驱动弯曲 图3.1-15 57 381.03 8 48.217 Y向驱动弯曲 58 381.40 9 71.907 Y向驱动弯曲 59 390.61 10 72.287 滑枕与均衡杠弯曲 图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 均衡杠中部弯曲 64 408.49 15 96.487 65 414.75 16 96.496 66 423.52 Z向驱动歪曲 17 96.536 67 427.42 均衡杠歪曲 18 96.761 68 429.27 Z向驱动歪曲 19 111.88 69 435.23 滑鞍弯曲 20 131.52 均衡杠底部翘曲 70 443.32 21 132.20 主轴箱、Z向驱动弯曲 71 453.49 22 136.42 72 464.08 23 142.03 73 480.82 24 142.66 74 481.49 任务台较大变形 25 183.40 75 500.55 26 185.30 均衡杠底部翘曲 76 504.37 27 198.45 77 508.20 28 198.96 X向驱动弯曲 78 510.43 29 199.04 79 516.18 X向驱动较大歪曲 30 199.43 80 528.97 31 201.33 81 532.51 32 202.80 均衡杠向外侧歪曲 82 538.11 33 211.20 83 541.09 机床全体变形 34 213.12 84 541.46 均衡杠底部较大歪曲 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向驱动丝杆弯曲 90 562.97 X向驱动丝杆变形 41 279.63 91 563.11 42 279.92 92 565.41 43 281.22 93 568.18 均衡杠弯曲 44 281.73 94 571.02 45 282.46 95 578.01 46 283.71 96 582.21 47 285.34 97 593.31 任务台变形 48 296.14 98 596.00 49 298.06 99 604.85 50 309.49 100 614.04 滑鞍歪曲 理解更多信息请登录杭州海天精工机床无限公司：//hjlmptdlw.com/分享到：