摘 要：本文通過建立某數(shù)控磨床床身的三維實(shí)體模型和有限元分析模型，對(duì)筋板不同布局型式下的床身進(jìn)行受力分析，最終以最大變形最小為影響要素確定了合理的數(shù)控磨床床身設(shè)計(jì)方案，這對(duì)數(shù)控磨床床身的加工制造提供了非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)控磨床床身 建模 筋板布局 受力分析
　　中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　1 引言
　　床身作為數(shù)控磨床的主要支撐件，它支撐著工件，連接著工作臺(tái)、立柱等關(guān)鍵零部件，承受著重力、摩擦力等靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力，若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致床身的剛度不足，產(chǎn)生各種變形、振動(dòng)，直接影響著數(shù)控磨床的加工精度、精度穩(wěn)定性、工作效率和壽命等等。
　　本文從實(shí)際出發(fā)，將某數(shù)控磨床的床身設(shè)計(jì)成具有筋板的框形結(jié)構(gòu)，合理的選擇筋板的布局形式不但可以提高床身的動(dòng)態(tài)特性，而且可以節(jié)約材料和降低生產(chǎn)成本。
　　2 床身的建模與分析
　　2.1 數(shù)控磨床簡介
　　該數(shù)控磨床是一種五軸數(shù)控磨床，包括X、Y、Z三個(gè)進(jìn)給軸、砂輪主軸和工件主軸，砂輪最大磨削速度為40m/s。該數(shù)控磨床由床身、X、Y、Z三個(gè)方向的工作臺(tái)、砂輪主軸箱和工件主軸箱等部件組成，運(yùn)動(dòng)部件總重量約1.8噸。
　　2.2 床身的實(shí)體建模及簡化
　　首先根據(jù)該數(shù)控磨床的總體方案，應(yīng)用Pro/E軟件建立床身的三維實(shí)體模型，然后將床身模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中，并利用ANSYS強(qiáng)大的有限元前處理功能對(duì)床身進(jìn)行有限元模型的建立。在建模時(shí)應(yīng)該注意，為減少計(jì)算量，提高計(jì)算速度，須對(duì)模型進(jìn)行一系列的簡化，例如：去掉外部擋板；去掉安裝定位用的螺釘、螺栓孔；去掉結(jié)構(gòu)中的倒角、小臺(tái)階和某些小孔，這些結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)際的分析影響很小。預(yù)設(shè)置的床身材料為鑄鐵HT150，密度為7.2×10-9kg/mm3，泊松比為0.27，彈性模量為1.55×105Mpa。
　　2.3 床身內(nèi)部筋板的布局分析
　　該數(shù)控磨床在工作時(shí)，主要受到水平方向的徑向磨削力和垂直方向的主磨削力以及運(yùn)動(dòng)部件自重的作用，使數(shù)控磨床床身在水平面和垂直面內(nèi)發(fā)生彎曲，以及在這些分力聯(lián)合作用下的扭轉(zhuǎn)。因此，為了提高數(shù)控磨床床身的抗彎和抗扭剛度，我們?cè)谠O(shè)計(jì)數(shù)控磨床床身截面時(shí)，應(yīng)合理布局床身內(nèi)部筋板的結(jié)構(gòu)形式，并且在滿足使用、工藝的前提下，應(yīng)采用空心截面。
　　經(jīng)過分析，床身內(nèi)部筋板的布局形式呈網(wǎng)格分布，主要分垂直導(dǎo)軌和平行導(dǎo)軌兩個(gè)方向。在垂直導(dǎo)軌方向上，所有筋板均勻分布，共6條筋板。在平行導(dǎo)軌方向上，有兩種情況：一是所有筋板均勻分布，其分布截面圖如圖1（1）所示，共4條筋板；一是筋板設(shè)置在導(dǎo)軌下，其余筋板均勻分布，其分布截面圖如圖1（2）所示，共5條筋板。
　　
　　2.4 床身的受力分析
　　數(shù)控磨床床身的受力分析對(duì)數(shù)控磨床的性能是至關(guān)重要的，磨床其它部件受力的大小是隨床身受力變化而變化的。取該數(shù)控磨床常用加工狀態(tài)（磨削工件材料：高速鋼，切削液：乳化液，磨削線速度：30m/s）下的主磨削力以及運(yùn)動(dòng)部件自重作為床身有限元分析的載荷F，即F=主磨削力（1167N）+運(yùn)動(dòng)部件自重（18000N）=19167N。將載荷F平均分配到床身導(dǎo)軌的各滑塊上，分析滑塊分別位于前、中、后不同工作位置時(shí)床身的變形量，并且以最大變形最小為確定要素來設(shè)計(jì)床身，最終確定床身的設(shè)計(jì)方案。
　　經(jīng)過分析，在垂直導(dǎo)軌方向上，所有筋板均勻分布，床身的受力均勻，變形最小。在平行導(dǎo)軌方向上，我們將筋板設(shè)置在導(dǎo)軌下，支撐點(diǎn)位于筋板下方，滑塊分別位于前、中、后3點(diǎn)的床身受力分析結(jié)果和筋板均布，支撐點(diǎn)位于筋板下方，滑塊分別位于前、中、后3點(diǎn)的床身受力分析結(jié)果進(jìn)行了比較，為了更清晰的表達(dá)最大變形何時(shí)最小，現(xiàn)特將這兩種筋板布局型式下床身的最大變形量列表說明，如表1所示。
　　
　　由表1可以看出，當(dāng)筋板不同布局時(shí)，床身的最大變形量只相差0.001213mm（也就是約1），變形量相差極小，考慮到床身是鑄造成型的，從鑄造工藝性角度看，當(dāng)所有筋板均勻分布時(shí)，鑄造結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，加工效率高，因此，我們選擇在平行導(dǎo)軌方向上和垂直導(dǎo)軌方向上，所有筋板都均布來作為該數(shù)控磨床床身的設(shè)計(jì)方案。
　　3 小結(jié)
　　本文通過對(duì)某數(shù)控磨床床身進(jìn)行三維實(shí)體建模和有限元分析建模，分析了其床身筋板的不同布局型式，并對(duì)其進(jìn)行受力分析。經(jīng)過分析，在垂直筋板方向上，所有筋板均勻分布受力變形最??；在平行筋板方向上，所有筋板均勻分布和筋板設(shè)置在導(dǎo)軌下兩種情況的受力變形相差不大，綜合考慮床身的鑄造工藝性，在兩者受力變形相差不大的情況下，我們選擇在垂直筋板方向上和平行筋板方向上，所有筋板都均勻分布來設(shè)計(jì)數(shù)控磨床床身，這對(duì)數(shù)控磨床床身的加工制造提供了非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 王延忠、唐超權(quán)、劉強(qiáng)、袁松梅、高見、劉景袢.基于有限元方法的機(jī)床床身熱特性參數(shù)化分析.機(jī)床