王薇科協(xié)論文

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1、ANSYS在螺旋錐齒輪數(shù)控銃床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作者簡(jiǎn)介：王薇，女。1966-0478年生人。畢業(yè)于沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。2002年從事數(shù)控專業(yè)教學(xué)工作至今。專業(yè)方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)，講授過(guò)多門數(shù)控技術(shù)方向?qū)I(yè)課。出版過(guò)VF0X6.0基礎(chǔ)教程，現(xiàn)任數(shù)控技術(shù)專業(yè)教研組長(zhǎng)。摘要：采用三維設(shè)計(jì)軟件Pro_E建立機(jī)床關(guān)鍵零部件的三維實(shí)體模型，導(dǎo)入ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行三維有限元分析，為機(jī)床關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)提供了重要理論依據(jù)，保證了零件的設(shè)計(jì)要求，縮短了設(shè)計(jì)周期。關(guān)鍵詞：數(shù)控銃床；Pro.E；ANSYS；有限元分析數(shù)控機(jī)床以自動(dòng)化程度高、柔性好

2、、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)在制造業(yè)特別是復(fù)雜零件加工中得到廣泛應(yīng)用，并得到迅速的發(fā)展和普及，與普通機(jī)床相比，對(duì)機(jī)械部分的剛度、抗振性以及熱變形等機(jī)械性能要求更高。因此，在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)屮，對(duì)機(jī)床關(guān)鍵的零部件及整機(jī)進(jìn)行精力分析、動(dòng)力分析以及熱性能分析是一項(xiàng)非常重要的工作。在傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往采用理論分析或者模型試驗(yàn)來(lái)分析確定零部件性能。使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低，需要反復(fù)試驗(yàn)才能定型，從而延長(zhǎng)了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期并且可能錯(cuò)過(guò)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的良機(jī)。因此，在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)中應(yīng)用新的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)分析工具十分必要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有

3、限元理論的成熟，商業(yè)化的有限元分析軟件在工程應(yīng)用中獲得巨大成功。把有限元分析軟件應(yīng)用于機(jī)床的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義。ANSYS軟件是以有限元分析為基礎(chǔ)的人型通用CAE軟件，本文采用ANSYS軟件對(duì)T型螺旋錐齒輪數(shù)控銃床關(guān)鍵部件進(jìn)行靜剛度分析。1機(jī)床總體結(jié)構(gòu)型式T型螺旋錐齒輪數(shù)控銃床結(jié)構(gòu)如圖1所示，1、動(dòng)力頭部分2、工作臺(tái)部分3、工件。2機(jī)床關(guān)鍵零部件實(shí)體模型建立在T型螺旋錐齒輪數(shù)控銃床設(shè)計(jì)中，利用Pro_E三維設(shè)計(jì)軟件建立了數(shù)控銃床各關(guān)鍵零部件的實(shí)體模型，并虛擬裝配成整機(jī)。其中動(dòng)力頭中間U型架、回轉(zhuǎn)部

4、件、Z向滑動(dòng)體等部件是該型號(hào)數(shù)控銃床關(guān)鍵零部件，它們的剛度都會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)床的精度產(chǎn)生重要的影響，因此,對(duì)它們進(jìn)行靜剛度分析也是十分必要的。限于篇幅，本文僅以動(dòng)力頭中間U型架為例來(lái)研究ANSYS在T型螺旋錐齒輪數(shù)控銃床設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。在T型螺旋錐齒輪數(shù)控銃床實(shí)體模型中動(dòng)力頭中間U型架的實(shí)體模型可以直接導(dǎo)出，其實(shí)體模型如圖2所示。3ANSYS的分析步基于ANSYS的靜剛度分析屬ANSYS結(jié)構(gòu)分析屮的靜力分析問(wèn)題，即求解靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力等。典型的ANSYS結(jié)構(gòu)分析過(guò)程包括3個(gè)步驟：(1)前處理階段該軟件具有較強(qiáng)的前處理功能，能夠創(chuàng)建實(shí)體模

5、型及有限元模型。前處理包括創(chuàng)建實(shí)體模型，定義單元屬性、劃分網(wǎng)格和模型修正的內(nèi)容。利用只能網(wǎng)格劃分，可以處理大多數(shù)不規(guī)則的實(shí)體模型。其材料庫(kù)和單元庫(kù)非常豐富，可以定義各種材料。(2)求解階段求解模塊是程序用來(lái)完成對(duì)已經(jīng)生成的有限元模型進(jìn)行力學(xué)分析和有限元求解的。在此步驟小，可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步驟選項(xiàng)。(3)后處理階段ANSYS的后處理過(guò)程包括兩個(gè)部分：通用后處理模塊P0ST1和時(shí)間后處理模塊P0ST26o通過(guò)這些友好的用戶界面，可以很容易得到位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度等計(jì)算結(jié)果，輸出形式可以以圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。4

6、U型架有限元分析對(duì)于該銃床動(dòng)力頭中間U型架的靜力結(jié)構(gòu)分析，具體步驟如下：d)模型導(dǎo)入及網(wǎng)格劃分因?yàn)橛肞ro_E三維軟件建模比用ANSYS建模要更方便、快捷、易于修改，所以就在Pro_E中建好三維模型后再導(dǎo)入ANSYS中。其具體操作是：建成模型后點(diǎn)擊File-^SaveaCopy,在Type項(xiàng)選屮IGES(*?igs),這樣就把Part(*?prt)文件轉(zhuǎn)化為IGES(*?igs)文件，然后在ANSYS中點(diǎn)擊File-Import即可打開(kāi)看到模型。由于該部件的結(jié)構(gòu)較為復(fù)朵，所以選用實(shí)體單元S0LID92并采用ANSYS智能劃分網(wǎng)格方式，按照6級(jí)

7、精度對(duì)該部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。其材料為鑄鐵，彈性模量材料為E=1.3EllN/m泊松比y二0.3。網(wǎng)格劃分完成后，如圖3所示。圖3b)施加載荷和進(jìn)行求解計(jì)算ANSYS的載荷可以分為六大類：位移約束、力、表面分布載荷、體積載荷、耦合場(chǎng)載荷，載荷可以直接施加到實(shí)體模型上的關(guān)鍵點(diǎn)、線和面。也可以施加到有限元分析模型上的單元和節(jié)點(diǎn)。U型架與Z向滑動(dòng)體通過(guò)軸進(jìn)行連接的，因此，把軸承與U型架接觸面設(shè)置為全約束，如圖3中的1號(hào)、2號(hào)兩曲面，即U型架上該曲面所有節(jié)點(diǎn)的各自由度為0?？紤]到U型架與電主軸部分是而接觸，所以，經(jīng)計(jì)算該部件所受表面壓力載荷為57159

8、P3,如圖3中3號(hào)平面。其口身重力為5841No施加約束及載荷后，選者相應(yīng)的命令，ANSYS開(kāi)始求解計(jì)算。c）運(yùn)算求解及結(jié)果分析ANSYS計(jì)算結(jié)束后進(jìn)入后處理P0S