某加工机床有限元分析
仿真目的:
针对所开发的某机床,通过cae分析研究,对床身底座支点位置作优化排布。主要考虑机床床身自重(未考虑床身上部的结构重量)的情况下,通过调节支点位置,来研究床身的变形情况,并通过分析,给出相对合理的支点支撑方式。
机床概况:
图1 某机床床身底座支点位置排布(图中深黄色代表支点位置)
在分析研究中,主要的参考依据是床身设计图纸和相应的资料。
机床主体材料的性能参数
材料 | 弹性模量(MPa) | 泊松比 | 密度(Kg/m3) |
铸铁 | 66178.1 | 0.27 | 7200 |
网格划分:
利用Abaqus有限元软件,对机床自重进行了分析。床身模型如图2所示,床身使用C3D4单元,有限元网格的划分如图3所示,分析中,考虑了大变形的几何非线性。
图2 某机床床身底座
图3 某机床床身底座有限元网格
工况1-4个支点:
在只考虑4个支点(如图4所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图5所示)。
图4 某机床床身底座支点位置排布(只有4个支点)
图5,4个支点情况下的机床变形云图
通过分析可以看出,在只考虑4个支点的情况下,机床床身最大变形量达到了0.1377mm,最大变形位置主要出现在机床床身中部。
工况2-6个支点:
在只考虑6个支点(如图6所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图7所示)。
图6 某机床床身底座支点位置排布(只有6个支点)
图7 6个支点情况下的机床变形云图
通过加工床有限元分析可以看出,在只考虑6个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.1171mm,最大变形位置主要出现在机床床身中部。
工况3-8个支点:
在只考虑8个支点(如图8所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图9所示)。
图8 某机床床身底座支点位置排布(只有8个支点)
图9 8个支点情况下的机床变形云图
通过分析可以看出,在只考虑8个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.03855mm,最大变形位置主要出现在机床床身中部。
工况4-10个支点:
在只考虑10个支点(如图10所示)的情况下,通过加工床有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图11所示)。
图10 某机床床身底座支点位置排布(只有10个支点)
通过分析可以看出,在只考虑10个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01847mm,最大变形位置出现在如图11所示的深蓝色区域。
图11 10个支点情况下的机床变形云图
工况5-12个支点:
在只考虑12个支点(如图12所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图13所示)。
图12 某机床床身底座支点位置排布(只有12个支点,排布1)
图13 12个支点(排布1)情况下的机床变形云图
通过分析可以看出,在只考虑12个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01572mm,最大变形位置出现在如图13所示的深蓝色区域。
工况6-14个支点:
在只考虑14个支点(如图14所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图15所示)。
图14 某机床床身底座支点位置排布(只有14个支点)
图15 14个支点情况下的机床变形云图
通过分析可以看出,在只考虑14个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01254mm,最大变形位置出现在如图15所示的深蓝色区域。
工况7-16个支点:
在只考虑16个支点(如图16所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图17所示)。
图16 某机床床身底座支点位置排布(只有16个支点)
图17 16个支点情况下的机床变形云图
通过加工床有限元分析可以看出,在只考虑16个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.00901mm,最大变形位置出现在如图17所示的深蓝色区域。
结论:
上述加工床有限元分析可以看出,支点布置的越多,对机床床身变形的控制就越好。但在现实中,通常希望用最少的支点来将床身的变形量控制在合理的范围内。根据床身允许的变形标准,可以选出合适的支点排布,并尽量将支点放在加强筋的交接位置。
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