摘 要

本课题以江苏XX数控机床股份有限公司的产品TC-600立式加工中心的立柱为研究对象。立柱联接主轴箱和床身，是机床的核心结构，是加工中心强度和刚度的主要影响部件，它的结构性能直接影响到整机的工作性能。它的强度和刚度是零件加工精度的保证。

本课题采用动态设计的方法，利用UG(NX6.0)软件建立加工中心立柱的三维模型，经过格式转换导入到ANSYS有限元软件中，选择20节点的六面体单元（solid186）单元类型和七级精度网格划分方法，然后根据分析类型合理施加载荷和约束条件，以得到有限元分析模型。选择合适的求解器计算模型的静、动态性能分析参数．计算立柱的应力、变形和模态参数。得到结论立柱在静力作用下的总位移值为0.155*10^-4米，受到的应力值为等效应力最大值为7.02Mpa，完全符合设计安全要求。立柱在模态分析环境下前二十阶振动频率均不和固有频率相同，不会发生共振现象，故设计合理。

在此基础上进行优化设计，在不影响工作稳定安全状况的情形下，减轻加工中心立柱的质量，适当减少筋板厚度或者改变筋板形态，使得立柱在设计和制造上更加方便，更有优势。

关键词：加工中心立柱 三维建模 有限元分析 应力应变

动、静刚度 固有频率

Machining center pillar of three dimensional modeling and the Analysis of dynamic and static stiffness

ABSTRACT

The study is based on the topic of Jiangsu XX CNC Machine Tool Co. product TC-600 column vertical machining center . Column coupled headstock and bed, is the core structure of machine tools, machining centers are mainly affects part strength and stiffness, its structural performance directly affects the performance of the machine. Its strength and stiffness machining accuracy guarantee.

This paper has used dynamic design, the use of UG (NX6.0) software, 3D model machining center pillar, after format conversion imported into ANSYS finite element software, select 20-node hexahedral elements (solid186) unit type and seven precision meshing methods, and then applying a reasonable load and constraints based on the type of analysis to obtain the finite element analysis model. Select the appropriate solver model static and dynamic performance analysis parameters. Calculation of stress, deformation and modal parameters column. We have concluded that the total displacement of the column under static force is 0.155 * 10-4 meters, the maximum stress value by the equivalent stress is 7.02Mpa, in full compliance with the design safety requirements. Order before twenty column and the natural frequency of vibration frequencies are not identical in modal analysis environment, the resonance phenomenon does not occur, so the design is reasonable.

Carried out on the basis of optimized design, without affecting the security situation is stable situation, reducing the quality of machining center pillar, appropriate to reduce the thickness of the rib or ribs to change forms, the column is more convenient in the design and manufacture, an advantage .

Key word:

machining center column three-D modeling the finite element analysis

stress and strain dynamic and static stiffness natural frequency

目 录

1绪论 1

1.1加工中心立柱的三维建模与动静刚度分析研究目的 1

1.2本课课题主要内容 1

1.3.文献综述 2

1.3.1国内外同类研究概况 2

1.3.2 有限元分析介绍 4

2加工中心立柱的三维建模 7

2.1立柱结构特点……………………………………………………………………………7

2.2建模软件…………………………………………………………………………………7

2.3建模过程…………………………………………………………………………………8

2.4有限元分析模型………………………………………………………………………..18

3有限元分析 19

3.1加工中心立柱的静态分析 19

3.2加工中心立柱的模态分析 29

3.2.1模态分析概念及理论…………………………………………………………….29

3.2.2加工中心立柱模态分析意义…………………………………………………….30

3.2.3加工中心立柱模态分析过程………………………………………………….....30

3.2.4模态提取常用方法……………………………………………………………….30

3.2.5加工中心立柱的模态分析结果及分析………………………………………….30

4优化设计 ……………………………………………………………………………………..37

总结与展望： 40

致谢： 41

参考文献 42

1绪论

1.1加工中心立柱的三维建模与动静刚度分析研究目的

加工中心是实现制造技术和装备制造业现代化的非常重要的基础设备, 其质量、性能和拥有数量是衡量一个国家现代工业化水平甚至是综合国力的重要标志。立柱位于加工中心最关键的位置, 它的结构特点对加工中心的性能影响极大。主要表现在加工精度、切削效率、抗振性能、使用寿命等方面。所以立柱是加工中心中最重要的受力构件, 它的刚度、强度及韧性好坏将直接决定到机床的寿命和加工零件的精度。

在机床开发的过程中，CAD\CAE\CAM等一系列绘图软件的应用大大缩短了机床设计的周期，且便于产品设计过程中的修改，因而加速了产品的更新换代。其中有限元分析法的诞生与运用使机床在设计图纸完成之后，便能够对机床进行静态和动态性能分析，用来判定机构受力是否合理以及振动稳定性如何，进而改进机床结构，使受力和动态性能达到最优化，无论是对于设计者还是制造者都有极大便利。