一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法与流程

本发明提出了一种基于翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，属于机床结构分析。

背景技术：

1、近年来，针对于航空航天领域的大型数控加工中心机床应用越来越广泛，具有高速度、高加速度、高精度、加工范围广、加工零件尺寸大等特点，其中翻板卧式五轴加工中心是一种用于加工大型复杂型面结构件的机床，其工作台尺寸很大、承载能力强，并且是自动可交换的工作台，加工效率高，因而在航空航天领域越来越受到重视，已经成为不可替代的产品。

2、随着科学技术的不断发展及进步，计算机模拟在机床行业的应用越来越多，其中有限元分析是非常重要的手段，它从理论上可以分析机床在静态、动态、热态等等状态下结构件的刚度、稳定性、应力等等，因此有限元分析得到的理论结果能够很好的指导结构设计工作。目前针对与大型翻板卧式五轴加工中心机床来说，并没有根据机床实际情况形成一套有效的产品结构理论分析方法，也没有将结构件之间的力传递关系进行有效的模拟，同时各个结合面的接触情况也没有完善的方法介绍，因此需要建立翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，通过此方法来对翻板卧式五轴加工中心产品的结构静刚度进行综合评价。

技术实现思路

1、根据上述存在的技术问题，本发明提出了一种基于翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，适用于机床结构性能技术性分析，通过有限元软件来分析整机静态结构刚性，本发明采用的技术方案如下：一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：建立主要结构件以及直线导轨与滑块、滚珠丝杠与丝母的三维模型并进行简化处理。

2、步骤二：将模型装配根据约束情况进行装配，并导入到ansys workbench软件，并定义各个结构件的材料属性。

3、步骤三：在ansys workbench软件中建立钢丝绳的线单元模型，并通过软件中的约束处理建立钢丝绳与滑轮架上的定滑轮、拖板和动滑轮之间的连接及约束关系。

4、步骤四：建立各个结构件之间的接触约束，建立运动副接触约束，包括直线导轨与滑块、滚珠丝杠与丝母之间，并输入接触刚度数值及摩擦系数。

5、步骤五：整机模型进行网格划分，包括网格的大小，局部网格的细化。

6、步骤六：施加载荷及边界条件，包括重力加速度、对主轴施加三个方向的切削力，边界条件为约束床身及立床身与地脚螺栓的结合面，在对主机模型进行有限元静力分析求解。

7、步骤七：求解后查看各个结构件的变形及应力情况，提取最大变形及应力的位置，综合评价结构件的静态刚度。

8、进一步的，步骤一中所述主要结构件包括主床身、主滑座、立柱、拖板、滑枕、主轴、副滑座、滑轮架、立床身和工作台。

9、进一步地，步骤一种所述简化处理的方法包括：去除所有的螺纹孔、非受力部位的小孔、圆角和倒角，对整机有限元分析结果影响很小的特征。

10、进一步地，在有限元软件中通过link10单元建立钢丝绳的模型并通过接触特征建立与滑轮架上的定滑轮、拖板和动滑轮之间的连接及约束关系。

11、进一步地，所述主要结构件之间的结合面设置为摩擦接触方式，并通过有限元软件中的螺栓预紧力的方式来建立结合面之间的接触约束；直线导轨与滑块、滚珠丝杠与丝母之间的接触刚度通过有限元分析得到滚珠刚度数值的大小，并通过弹簧单元系统建立运动副的接触约束。

12、进一步地，所述主要结构件、直线导轨与滑块、滚珠丝杠与丝母均采用实体单元solid187进行模拟。

13、本发明的有益效果：本发明对翻板卧式五轴加工中心主机模型进行合理约束，实现了载荷的有效传递，不但能提高了计算的效率和精度，还能更加精确的分析出主机各个结构件的变形和静刚度情况，为翻板卧式五轴加工中心的静刚度分析提供了一种有效的方法。

14、本发明不仅适用于翻板卧式五轴加工产品，同时经过适应性调整还能适用于其他类型的大型加工中心产品。

技术特征：

1.一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求书1所述的一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于：步骤一种所述主要结构件包括：主床身（1）、主滑座（2）、立柱（3）、拖板（4）、滑枕（5）、主轴（6）、副滑座（7）、滑轮架（8）、立床身（9）和工作台（10）。

3.根据权利要求书1所述的一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于：步骤一种所述简化处理的方法包括：去除所有的螺纹孔、非受力部位的小孔、圆角和倒角，对整机有限元分析结果影响很小的特征。

4.根据权利要求书1所述的一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于：在有限元软件中通过link10单元建立钢丝绳的模型并通过接触特征建立与滑轮架上的定滑轮、拖板和动滑轮之间的连接及约束关系。

5.根据权利要求书1所述的一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于：结构件之间的结合面设置为摩擦接触方式，并通过有限元软件中的螺栓预紧力的方式来建立结合面之间的接触约束；直线导轨与滑块、滚珠丝杠与丝母之间的接触刚度通过有限元分析得到滚珠刚度数值的大小，并通过弹簧单元系统建立运动副的接触约束。

6.根据权利要求书1所述的一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于：各个结构件、直线导轨与滑块、滚珠丝杠与丝母等均采用实体单元solid187进行模拟。

技术总结
一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法属于机床结构分析技术领域。本发明提出了一种基于翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，适用于机床结构性能技术性分析，通过有限元软件来分析整机静态结构刚性。本发明采用的技术方案如下：一种翻板卧式五轴加工中心的有限元分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：建立主要结构件以及直线导轨与滑块、滚珠丝杠与丝母的三维模型并进行简化处理；步骤二：将模型装配根据约束情况进行装配，并导入到Ansys Workbench软件，并定义各个结构件的材料属性。

技术研发人员：李贺,张广为,刘春时,吴俊勇,化春雷,高峰,肖飞,牛石从,刘兴卓,孔令友,潘骁,冯超阳,白旭,李树鹏,张险峰,王红亮,姜楠
受保护的技术使用者：沈阳中捷航空航天机床有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13