基于CosmosWorks的现场铣床结构分析

    
    2横梁结构的有限元分析
   
    2.1 模型简化
   
    横梁为钢板焊接结构，因此各个焊点均作为模型的刚性节点，将主轴箱简化为和实际结构重量基本一致的箱形结构，考虑到主轴箱与滑板的接触变形远小于横梁的变形，所以滑板与主轴箱的接触面定义为刚性接触。
   
    2.2划分网格
   
    将横梁的实体模型导入CosmosWorks有限元软件中，建立有限元计算模型，采用实体单元划分网格，单元数目为17 256，节点数目为5 352，自由度数目为97 659。
   
    2.3定义约束和施加载荷
   
    横梁两端通过螺钉固定在滑座上，在有限元模型中，把横梁的边界约束简化为与固定螺栓位置相置相对应节点的各个自由度来实现对横梁的约束，横梁受力为主轴箱的重力和铣削力，横梁的最大变形量发生在主轴箱运行到横梁中间位置时。
   
    通过求解，横梁的最大变形量为0.1547 mm，实际的加工误差(0.15～0.20 ram)与分析结果非常接近。图3为原结构位移云图，对机床进行模态分析，可以明显看出机床动态特性，即第1和第2阶振型.如图4和图5所示。表1为前5阶的固有频率和振型。
   

    通过分析可知，第l阶振型中横梁在外力激励下产生较大幅度的变形，在加工中铣刀随横梁上下振动，严重影响了工件的加工精度和表面质量。因此设计中如何提高横梁在Z向的抗弯刚度，减小切削时横梁的变形量是提高机床动态性能的关键。
   
    3 结束语
   
    通过有限元软件对横梁建模，进行了静态动态分析，得到了铣床加工中位移变形数据以及横梁振型变化情况，所得结果与实际情况基本吻合，横梁在Z向的抗弯刚度是影响加工精度的主要因素，因此要通过改进横粱结构来提高横梁刚度，进而提高加工精度。