基于ANSYS的高速加工中心有限元分析

高速加工中心是近年来机床发展的热点之一。随着加工中心向着高切削速度、高进给速度和高加工精度的方向发展,对其工作性能的要求越来越高,不仅要求加工中心具有良好的静态特性,而且要具有良好的动态特性。为此,对加工中心进行整机静动态特性分析已成为设计的必要环节。本文分析了焊接型和铸造型两种高速加工中心的主要结构特点,利用有限元分析软件ANSYS 分别建立了焊接型EQD18 加工中心和铸造型PM50A 加工中心的整体有限元分析模型,对加工中心存在的两种不同类型的结合面,即螺栓联接的固定结合面和导轨联接的运动结合面,采用用户自定义单元进行模拟; 对加工中心驱动X、Y、Z 轴高速移动的传动丝杆,分别采用杆、梁单元进行模拟,并对比分析了两种模拟方法对加工中心固有频率的影响,通过实验表明采用杆单元进行模拟更符合实际情况。通过静力分析,模态分析和谐响应特性分析得到加工中心在不同工况下的静刚度、动刚度、固有频率以及相应的振型等理论数值。并将EQD18 加工中心的有限元分析结果与实验数据进行了对比分析,证明了采用的有限元模型能较好地模拟实际情况,研究成果为高速加工中心的设计提供了可靠的理论依据。

    高速加工中心不断提高的工作性能是模具制造业得以和高精度加工模具的重要前提。在驱动技术的推动下，涌现出结构创新、性能优良的众多不同类型的高速加工中心。90年代中后期出现的三轴高速加工中心现已发展到五轴高速加工中心。在驱动方式上，已从直线运动（X/Y/Z轴）的伺服电机和滚珠丝杠驱动发展到目前的直线电机驱动，回转运动 （A和C轴）采用了直接驱动的转矩电机，有的公司并通过直线电机和转矩电机使加工中心发展成全采用直接驱动的五轴加工中心。显著提高了加工中心的行程速度、动态性能和定位精度。  

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