原创《数控落地铣镗床滑枕变形有限元分析补偿》：该文是关于有限元分析论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
摘 要：TK6920B型大型数控落地镗铣床由于滑枕自质量和主轴箱的重心偏移而导致滑枕变形,从而影响机床的加工精度.针对这一问题,提出使用挠曲线预应力加工法和液压拉杆法对滑枕变形进行补偿,为了减少实验次数和降低成本,本文使用Ansys WB有限元软件对滑枕变形分析和变形补偿效果进行预测.对滑枕变形量的仿真分析结果和实验测量结果进行了对 析,结果表明,滑枕变形量的误差在5 μm以下,有限元分析结果是可靠的；补偿后的滑枕最大变形量为20 μm左右,说明了补偿方法的补偿效果可以满足实际生产中加工精度的要求.
关键词：数控落地铣镗床；滑枕变形；预应力挠曲加工法；液压补偿法；有限元分析
中图分类号：TG58文献标识码：A
数控落地铣镗床在加工过程中随着滑枕伸出主轴箱,滑枕前端会产生偏离理想直线的误差.产生这种误差的主要原因有＼[1＼]：1）滑枕在主轴箱内移动使滑枕和主轴箱整体的重心偏移,在垂直面内产生向下的微小偏移,在水平方向产生前移,从而使主轴箱产生微小倾斜；2）数控落地铣镗床在工作过程中滑枕伸出主轴箱的距离最多可以达到1 200 mm,由于滑枕、铣轴、镗轴及相关附件自重的影响产生挠曲变形,而且随着滑枕伸出主轴箱的距离增大其变形量也会相应增大.数控落地铣镗床滑枕前端的这种变形误差不仅对零件的加工精度产生影响,还会影响机床的使用寿命,所以落地铣镗床的滑枕变形成为亟待解决的关键技术难题.
湖南大学学报（自然科学版）2015年
第10期余剑武等：数控落地铣镗床滑枕变形有限元分析及补偿
数控落地铣镗床滑枕变形误差按照国家标准规定的精度要求是0.03 mm/500 mm＼[2＼],即在滑枕外伸500 mm时,滑枕的变形量不能超过0.03 mm,但是用户会提出更高的要求以达到高精度的加工目的.如何通过对数控落地铣镗床滑枕变形和补偿的研究来减少滑枕的变形,许多学者提出了不同的解决思路和方法.万东东[3]论文 绍了意大利帕马公司在滑枕变形方面的研究成果,设计出了在数控落地铣镗床滑枕上部分别安装两个拉杆和油压缸装置,通过数控系统控制油缸压力的变化来补偿滑枕变形.王鸿博等人[4]采用伺服系统装置和配重块对MCMG 180 LG数控落地铣镗床的主轴滑枕进行平衡补偿.康献民＼[5＼]设计了一种采用支撑轮、下压轮、平衡条、支撑套组成的机械平衡补偿装置专门针对主轴滑枕“低头”现象.以上方法对减少滑枕变形都具有一定的效果,但还不能完全满足高精度的加工要求.随着有限元分析技术的成熟和计算机技术的发展,使用有限元分析软件来解决工程中的复杂问题变得越来越方便.有限元分析软件Ansys WB由于为CAD软件提供了良好的数据接口和兼容性,方便产品研发过程中的多平台协作,在工业产品设计研发中被广泛使用.
为了解决大型数控落地铣镗床滑枕变形问题,本文以武汉重型机床集团有限公司生产的TK6920B大型数控落地铣镗床为研究对象,采用预应力挠曲加工法和液压拉杆法对滑枕变形进行补偿,使用Ansys WB有限元分析软件研究滑枕的变形和补偿以解决实验验证工作量大、成本高的问题.应用Pro/E进行建模,导入Ansys WB中分析滑枕在不同外伸量时的变形量,并使用Ansys WB检验预应力挠曲加工和液压拉杆补偿方法的补偿效果.
1滑枕变形有限元分析
1.1滑枕三维建模
TK6920B大型数控落地铣镗床是武汉重型机床集团有限公司研发的一种大型机床（图1）,其滑枕的截面尺寸为480 mm×520 mm,最大工作行程为1 200 mm,滑枕自身质量约6 000 kg.
图1TK6920B大型数控落地铣镗床
Fig.1TK6920B CNC floor type boring
and milling machine tool
使用Pro/E软件建立滑枕三维实体模型,如图2所示,建模时,严格按照TK6920B数控落地铣镗床滑枕的实际尺寸进行建模.在网格划分时,为了提高Ansys WB分析速度,忽略倒角等细节.
图2 滑枕三维模型
Fig.2 The 3D model of the ram
1.2滑枕材料属性和网格划分
数控落地铣镗床滑枕材料采用QT6003,密度为7 300 kg/m3,弹性模量173 GPa,泊松比0.3＼[6＼].
由于滑枕的三维模型比较复杂,采用Ansys WB自动划分方法进行网格划分,最终的网格划分效果如图3所示,当滑枕的外伸量为1 200 mm时,节点数为109 704,单元数为60 242.本文采用Ansys WB中自带的单元畸变度（Skewness）检测工具进行网格划分的质量检测,经检测,单元畸变度平均值为0.42,属于非常好级别的网格.
图3滑枕网格划分
Fig.3The meshed ram
1.3确定镗削力的大小
镗削力的大小在不同工况下不同,和吃刀量,进给量和切削对象的材料属性都有很大的关系,所以很难确定在动态过程中的镗削力大小.本文使用经验公式计算镗削力F0的大小＼[7＼]：
F0等于2.73×109×ap×f×η.（1）
根据数控落地铣镗床的机械性能,在粗加工中镗削力更大,其切削参数为：切削深度ap等于10 mm,进给量f等于0.9 mm/r,功率常数取η等于0.96.经计算可得镗削力大小F0等于23 545 N.
1.4确定功能附件的质量
功能附件包括主轴或者安装在滑枕前端的铣头、平旋盘等.功能附件的自质量在不同加工条件下是不同的,在进行滑枕变形有限元分析时通常采用经验原则,大体估算在大部分工况下附件的质量大小.在不同加工工况下,数控落地铣镗床功能附件的质量约在500 kg左右,因此采用功能附件的重力F1等于5 000 N.
有限元分析论文参考资料：
结论：数控落地铣镗床滑枕变形有限元分析补偿为关于有限元分析方面的论文题目、论文提纲、有限元分析培训班论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
