一个超重型数控镗铣床的建模与分析

摘要

超重型数控镗铣床的结构介绍。动态模型是建立在简化的结构模型之上的。对于机床的虚拟样机，给出了动态分析。继而，有限元模型是建立在虚拟样机上。静态刚度，模态，可靠性的分析是最后被执行的。

关键词：超重型镗铣床;造型;有限元;动态分析

1.某型超重数控镗铣床

这里介绍的超重数控镗铣床（加工中心），主要用于超长，超重，超高，异型，复杂的工作部件。着陆平台被用作工作台，再把在平台上的工作部件放置在一个开放的空间，因此过程不受工作部件尺寸和重量的限制。把镗铣床的列的运动方向定义为X轴，与镗铣床一起的主轴箱的移动方向定义为Y轴，及镗轴的方向定义为Z轴。因为主机和旋转台可以同时运行，所以多表面加工可以由一个夹具来实现。

在此机床中，有三个静压导轨，它们是柱运动导向，主轴头运动导向和柱塞运动导向。主驱动器有3变速。镗铣床安装在地面上，下滑机与机架在镗铣床上一起移动，柱被安装在下滑机上。主轴箱沿其驶过的滚珠螺杆的柱移动。主轴箱具有帧结构，并且滑枕在主轴箱中通过方孔。镗轴在活塞中运动。主轴箱，滑枕，镗斧头都是由螺旋桨控制的。一种双齿条和小齿轮被用于柱上以消除驱动系统的间隙。当滑枕延伸，有4种精确修正方法。该机床配备数控转台，并且机床可以达到九轴控制和五轴联动。

图1：图1的结构和超重数控镗铣床的动态模型

2. 动态模型与分析

机床的虚拟样机模型的建立。针对动态分析，机床的一些详细的结构在一定程度上被简化。各种组件之间的关系是根据结构特征定义的。

在仿真分析中，运动学限制被运用到主动关节代替了马达。根据所要求的技术规范，驱动部件的速度被设置在一定的范围内。从而位移，速度，加速度，可以分别计算。例如，一个简单的谐波运动被利用到下滑计算中为：v =100sin（3.14吨），则工具的磁头点的运动就可以算得，正如图2和图3中所示。

3.静刚度分析

整体和三个方向的变形如图5所示。机床的最大变形值是0.165毫米，发生在该柱的顶部。 X轴的最大变形量是0.15mm，X方向的1是0.087毫米，它在主轴框的末尾发生。 机床的整体刚度的值是471，693牛顿/平方毫米，X方向的1是16,522.8牛顿/平方毫米，Y方向923,614.5牛顿/毫米，Z方向427,257.4牛顿/平方毫米。

通过上述分析，其结果表明，该刚度最差是在X方向，这是由于在X方向上的静压导轨，刚度最好是在Y方向。

机床的刚度是由它的组件的刚度组成的。因此，从平衡的角度来看，各个组件的刚度应制成大致相等以使整个机床的刚性更好。例如，可以采取以下措施来增加整个机床的刚度：选择合理外形大小和形状的组件，适当的安排分区和线材，提高了加工精度和关节表面的表面光洁度。

4. 模态分析

重型镗铣床的模型，ANSYS ，机械分析软件，用来分析整个机床。为使分析更有效，