万能自动镗铣头有限元分析

为满足高速切削的需要,采用有限元法对重要零件进行静力分析,对镗铣头进行模态分析,根据分析结果对镗铣头的结构及尺寸进行优化改进,为获得整机的良好动态性能奠定基础。

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机械研究与应用MECHANI CAL RES EARCH& APPL CATI I ON

第2 O卷第 4期 20 0 7年 8月

万能自动镗铣头有限元分析高平，王科社10 8 ) 0 0 5 (京机械工业学院，京北北

摘

要：为满足高速切削的需要，采用有限元法对重要零件进行静力分析，镗铣头进行模态分析，对根据分析结果对镗铣头的结构及尺寸进行优化改进，为获得整机的良好动态性能奠定基础。

关键词：镗铣头；限元分析； NS S有 A Y中图分类号： G 4 T 58文献标识码： A文章编号：0 7— 4 4 20 0 0 2 0 10 4 1 ( 07)4— 0 6— 2

Fi ie ee n n l ss o l p e a e o a y s i d e h a o o i g& m i i g ma h n n t l me ta a y i fmu t l x s r t r p n l e d f r b rn i ln c i e lGa Pi g。W a g Ke—s e o n n h

( e n stt o a hnr ds,e n 10 8,hn B i gi tuefm ci yi u r B i g 00 3 C i f ni e n t y f a)Ab ta t o me t h e n so e hg p e c ii g h tt oc n l sso e k y c mp n ns i c ri d o t y sr c:T e e d ma d f h i h s e d ma h n n,t e sai f re a ay i f h e o o e t s a r u t t c t e b t e f i lme tmeh d h d n y i o o i g& mi i g h a sc rid o t n t sr cu e a d Sz r p i z d h n t e e n t o。te mo a a a ssf b r i e l l n H n e d i a r u,a d i t tr ie a c o t e s u n mi e

a c r i g t h ay i g r s l,w i h et b i e h u d t n f ro t ii g f v rb e d n mi e o ma c . c od n t e a l zn e u t h c sa l h st e f n a i b an n a o a l y a c p r r n e o n s o o o f

Ke r s:

b r ga d miigh a i i lme t n yi;AN Y ywo d o n l n e d;f t ee n a ss i n l ne al S S

有限元法是根据变分原理求解数理方程的一种数值计算方法，是解决工程实际问题有力的数值计算工具，它将弹性理论、计算数学和计算机软件有机结合起来的数值分析技术。 有限元法将物体 (零件 )分成大量足够小的单元，划利用插值

应用有限元法对其强度、刚度进行定量分析，图纸阶段就预在测到薄弱环节，提出改进的措施。主轴套静力分析具体步骤如下 C: 2 1

( )用 Po E建立主轴套的零件图。 1 r/( )单击 P E界面的“ N Y .”一“ N Y em” 2 m/ A S S8 0 A S SG o,在窗口下方出现提示“ ei t nf f r Ego er t N B g r s ro o em t oA - n a e P/ y

多项式将欲求的参数 (温度或位移 )在单元内的变化用单元节点上的该参数表示出来。用这种离散的模型来近似表示在物体内连续变化的待求参数，根据变分原理或最小位能原理解得各节点的欲求参数值，出各单元的温度或应力。得

SS, Y”并显示转换进程，转换结束后，入 A S S界面。进 NY ( )定义单元类型、 3实常数、材料属性、网格尺寸，划分网格。使用 Sl 4 oi 5单元对主轴套进行了四面体单元形状的网 d格划分，选择手工划分，单元长度为 0 0 m, . 1最终，轴套被划主分为 3 6 8个 Sl 4 94 o d5体单元， 8 4 i共 5 7个节点。主轴套材料是钢4, 5查阅机械设计手册，取相应的材料系数为：选弹性模量E:26 P,松比=0 3 0 G a泊 .。

1建模方法的选择利用 A S S N Y软件的实体造型功能建立实体模型存在一些缺点，由于 A S S软件前处理模块中的几何建模功能不 NY强，法精确和高效地完成复杂模型的建模，无因此降低结构分

析结果的可信度，响工作效率。一些流行的三维设计软件影却具有很强的几何模型的建模功能，例如，r E U、 A 1 Po、 G C TA/等，这些三维设计软件可以完成一些复杂的几何模型的建模工作。为解决通用有限元分析软件建模功能较弱的缺点，当前普遍采用软件间的数据转换，即采用

三维设计软件进行精确的三维建模，过标准数据接口将模型以 I E、 X通 G S D F或 SE T P格式读入到通用有限元分析软件中，然后通过该软件进

( )添加 D F约束、 4 O设置集中载荷和重力载荷。主轴套承受的力主要来自下面的螺钉孔承受的电主轴的重力 (电主轴的总重约为 10 g, 8k )通过两侧螺钉孔承受力矩电机传递的扭矩，需的力矩为 T=F×L式中：所， F为两侧螺钉孔承受的总力，螺钉孔中心至主轴套中心的距离， 2 0 m, 为 T= 3 N. L= 0 0 3得 F= 7 1。约束为轴承孔处、、方向的约束。 .8 m, 27N Y: ( )单击“ o t n 5 Sl i”一“ ov”一“ ur t S进行求解。 uo Sle C r n” e L( )显示结果 6依次单击“ e ea P s r”一“ l e G n r ot o l pe Po R - t

行精确计算。因此，主轴套建模时采用的方法为：利用在①Po E软件强大的几何模型建模功能， r/建立零件的实体模型。

②利用 PoE软件和 A S S r/ N Y软件的数据接口程序，实体模将型非常准确地导人到 A S S软件中， NY在此基础上进行网格划

si”一“ otu l”一“ o a Sl” ut s Cn r o o Pt N d u来进行， lo如选择“ t s” Sr s e和“ o ss E V显示等效应力场分布等值线图，图 2 V nMi Q” eS如 所示，如选择“ O ou o”和“ r s t nU U D Fslt n i Ta l i S M”显示位移 n ao

分等操作，建立零件的有限元模型…。

2重要零件静力分析镗铣头结构静力分析，主要考察重要零件强度和静刚度

场分布等值线图，如图 3示。有限元计算结果分析：主轴所①套材料为钢 4,料许用应力[]=23 P, 5材 7M a~=1. 1 3 M a[,应力角度看， 9 P<]则从结构强度有很大余量，结构设计安全。②由等效应力场分布等值线图，图 1所示和位移如场分布等值线图，图 2所示可看出，如变化是平缓的，明各说

情况，证模型的可靠性，验为后续的动态分析及疲劳分析提供依据。在镗铣头组成部分中，主轴套是重要的结构件，它是电 主轴的重要支承件，承受各种载荷的作用，主轴套的

强度、刚度的好坏对机床的加工精度有很大影响。因此，在设计初期，收稿日期：0 7— 5—1 20 0 4

作者简介：高

平( 94一)女， 16,河北沧州人，工学硕士，主要从事计算机辅助设计方向的研究工作。

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