基于有限元的重型數控機床立柱結構創新設計與開發*

王 信,王 用,劉 勇,劉光虎,張偉華

(1.宜賓職業技術學院 智能制造學院,四川 宜賓 644000; 2.沈機集團昆明機床股份有限公司,云南 昆明 650203)

0 引 言

目前,國外高端品牌機床企業,如山琦馬扎克、德瑪、埃瑪克等在大型精密機床方面都有研發。機床的高速、高精、巨型化趨勢越來越受行業關注,立柱結構類型繁多且設計方式多樣化。國內品牌機床,如沈陽機床、北一、齊二、昆明機床等對重型數控機床的基礎結構件的研究都有所涉及。這些機床的立柱通常采用薄壁多筋結構,內部形態復雜,加工受力后的應力和應變狀況也較復雜。通過傳統的設計方法設計的立柱,其結構中往往存在諸多不合理的地方,而優化設計方法的出現,可以設計出滿足性能要求的結構方案[1-2]。

對數控機床進行輕量化設計常采用有限元分析理論。黃建龍等利用有限元分析手段對數控車床立柱進行靜、動剛度分析,主要解決數控機床在加工精度、抗振性、切削效率、使用壽命等方面的問題,建立起機床立柱-底座結合面力學特性分析和機床整機動力學模型[3]。王學林等利用有限元分析手段對機床模態特性進行理論分析研究,通過引入了用戶自定義單元來模擬結合面的剛度,著重分析了機床固定立柱和底座結合面的剛度對機床固有頻率的影響[4]。李彬等使用有限元分析手段對機床結構動態性能改進進行研究,通過觀察分析整機的模態動畫來確定單個部件在結構設計上的不足并作出相應改進,改進之后機床靜態性能平均提升40%～50%;動態性能平均提升20%～30%[5]。……