高速立式加工中心工和台动静刚度研究

摘要

随着现代制造业的发展，对机床的工作性能要求越来越高，不仅要求机床能够实现高速加工，还要求机床具有高精度和高刚度。高速加工中心是近年来数控机床发展的热点之一，而影响加工中心加工精度和刚度的因素除与自身的制造、装配精度及刀具有关外，主要取决于加工中心整机及零部件结构的静、动、热态性能。工作台是DVG850高速立式加工中心的重要基础件，它的静、动态特性直接影响机床的加工精度及精度稳定性，因此，对加工中心工作台进行静、动态特性分析是十分必要的。
　　 本文利用三维实体建模软件SolidWorks建立了复合筋工作台的实体模型，通过专有程序接口将其实体模型导入到有限元分析软件ANSYSWorkbench中，经过局部细节的简化处理、单元选择及网格划分、边界条件的设置等步骤，再对其有限元模型进行静力学分析、模态分析、谐响应分析，得到静变形量、固有频率以及相应的振型、动态响应位移等。综合复合筋工作台的有限元分析结果，得出其结构的动刚度不足，抗振性能不能满足结构设计需要，为下一步的结构改进提供理论依据。
　　 采用性能更为突出的结构材料做机床的零部件是使机床的静、动态性能有所突破的有效措施，多孔金属材料具有重量轻、强度高、刚性大等特点，它还具有良好的抗振、电磁屏蔽等多种物理性能。蜂窝结构和桁架结构是多孔金属材料常见的两种结构，本文分别建立了蜂窝结构和周期性桁架结构工作台的实体模型，采用与复合筋工作台相同的分析方法对蜂窝结构工作台和周期性桁架结构工作台的静、动态特性进行分析，与复合筋工作台的分析结果综合起来进行比较，得出蜂窝结构工作台的静、动态性能要略优于周期性桁架结构工作台，多孔金属材料结构工作台的性能要优于传统的筋板结构工作台的结论，也验证了将多孔金属材料应用在机床结构的设计中的可行性。最后，通过采用阻尼减振技术对蜂窝结构工作台进行减振数值模拟，取得了一定的减振结果，提高了蜂窝结构工作台的抗振性，为机床的优化设计和再制造设计打下了基础。