摘 要：機(jī)床床身的變形直接影響著機(jī)床的加工精度，論文首先將機(jī)床床身簡(jiǎn)化為超靜定梁，采用分段積分法建立撓度方程，然后應(yīng)用ANSYS分析軟件對(duì)床身進(jìn)行有限元仿真分析，獲得靜載作用下的變形云圖，最后對(duì)比理論值與仿真值，從而驗(yàn)證了理論模型的正確性，為提高數(shù)控機(jī)床的精度及優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)床床身；變形；ANSYS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.034

0 緒論

機(jī)床床身的變形嚴(yán)重影響機(jī)床加工精度，為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)床身引起的機(jī)床精度損失開展了相應(yīng)的研究工作。李艷[1]以牛頭式電火花加工機(jī)床為研究對(duì)象進(jìn)行了仿真分析，Z軸施加配重，而且有利于減小機(jī)床的變形；李初曄[2]利用有限元對(duì)數(shù)控龍門銑床的承載變形進(jìn)行了分析；呂亞楠[3]針對(duì)并聯(lián)機(jī)床的靜剛度進(jìn)行了仿真分析；朱祥[4]利用有限元軟件建立了大型落地式鏜銑床TKS6916整機(jī)模型。田楊等[5]應(yīng)用有限元-邊界元耦合的方法建立了重型數(shù)控機(jī)床-基礎(chǔ)系統(tǒng)的承載變形模型，并將光纖技術(shù)引入到承載變形檢測(cè)中。

由于機(jī)床床身的復(fù)雜性，單純的進(jìn)行仿真分析必然浪費(fèi)大量的計(jì)算資源，本文將床身考慮成超靜定梁，建立了理論模型，通過仿真分析驗(yàn)證了理論模型的正確性，從而可應(yīng)用該模型進(jìn)行床身變形分析，為機(jī)床設(shè)計(jì)提供了簡(jiǎn)單、可行的計(jì)算方法。

1 理論模型

機(jī)床床身與混凝土基礎(chǔ)通過地腳螺栓固接，因此可視機(jī)床床身為如圖1所示的超靜定梁，本文通過分段獨(dú)立的積分法求得梁結(jié)構(gòu)的撓度方程。

由材料力學(xué)知識(shí)可知梁的撓曲線近似微分方程有：

對(duì)于段：通過一次積分得到轉(zhuǎn)角方程：

通過再一次積分得到撓曲線方程：

段：通過一次積分得到轉(zhuǎn)角方程：

通過再一次積分得到撓曲線方程：

利用如下位移邊界條件、力邊界條件和連續(xù)條件解得積分常數(shù)、（）

，…，，

2 床身變形仿真分析

通過CAD軟件與CAE軟件的無縫對(duì)接，本文應(yīng)用大型CAD軟件UG建立機(jī)床三維模型，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行床身變形仿真計(jì)算，在施加約束過程中，論文選擇直接對(duì)底部滑座施加載荷，免去機(jī)床橫梁與立柱的有限元計(jì)算，通過多次嘗試選擇網(wǎng)格大小為0.2m的網(wǎng)格劃分網(wǎng)格，將機(jī)床自重的一半施加到滑座上，從而完成床身的有限元分析，得到的有限元仿真云圖如圖2所示。

3 結(jié)論

論文將機(jī)床床身簡(jiǎn)化成超靜定梁，應(yīng)用工程力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)了梁結(jié)構(gòu)的變形方程，通過CAD與CAE軟件無縫接口技術(shù)，對(duì)床身部分進(jìn)行了有限元的仿真分析。通過仿真分析，驗(yàn)證了床身變形理論模型的正確性，為機(jī)床的設(shè)計(jì)提供了一種直觀的計(jì)算方法，解決了依靠分析軟件進(jìn)行的復(fù)雜仿真問題。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李初曄，王海濤，馮長(zhǎng)征，馬巖.高速數(shù)控龍門銑床有限元分析高速數(shù)控龍門銑床有限元分析[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013（02）：75-79.

[3]呂亞楠，王立平，關(guān)立文.一種冗余并聯(lián)機(jī)床靜剛度有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008（02）：1-3.

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[5]田楊，蔡力鋼，劉志峰，王全鐵，寧越，張柯.重型龍門數(shù)控機(jī)床-基礎(chǔ)系統(tǒng)承載變形[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（01）：9-16.

基金項(xiàng)目：遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目（L2014589）

作者簡(jiǎn)介：吳瓊（1982-），男，遼寧鐵嶺人，工程碩士，講師，研究方向：數(shù)學(xué)計(jì)算方向。