基于ANSYS的高速加工中心有限元分析

高速加工中心是近年來機床發展的熱點之一。随着加工中心向着高切削速度、高進給速度和高加工精度的方向發展,對其工作性能的要求越來越高,不僅要求加工中心具有良好的靜态特性,而且要具有良好的動态特性。為此,對加工中心進行整機靜動态特性分析已成為設計的必要環節。本文分析了焊接型和鑄造型兩種高速加工中心的主要結構特點,利用有限元分析軟件ANSYS 分别建立了焊接型EQD18 加工中心和鑄造型PM50A 加工中心的整體有限元分析模型,對加工中心存在的兩種不同類型的結合面,即螺栓聯接的固定結合面和導軌聯接的運動結合面,采用用戶自定義單元進行模拟; 對加工中心驅動X、Y、Z 軸高速移動的傳動絲杆,分别采用杆、梁單元進行模拟,并對比分析了兩種模拟方法對加工中心固有頻率的影響,通過實驗表明采用杆單元進行模拟更符合實際情況。通過靜力分析,模态分析和諧響應特性分析得到加工中心在不同工況下的靜剛度、動剛度、固有頻率以及相應的振型等理論數值。并将EQD18 加工中心的有限元分析結果與實驗數據進行了對比分析,證明了采用的有限元模型能較好地模拟實際情況,研究成果為高速加工中心的設計提供了可靠的理論依據。

    高速加工中心不斷提高的工作性能是模具制造業得以和高精度加工模具的重要前提。在驅動技術的推動下，湧現出結構創新、性能優良的衆多不同類型的高速加工中心。90年代中後期出現的三軸高速加工中心現已發展到五軸高速加工中心。在驅動方式上，已從直線運動（X/Y/Z軸）的伺服電機和滾珠絲杠驅動發展到目前的直線電機驅動，回轉運動 （A和C軸）采用了直接驅動的轉矩電機，有的公司并通過直線電機和轉矩電機使加工中心發展成全采用直接驅動的五軸加工中心。顯著提高了加工中心的行程速度、動态性能和定位精度。  

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