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机械工程与技术|双主轴数控机床工作台动静强度分析

汉斯出版社

2024-08-28

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导读：

双主轴数控机床是一种具有两个独立的加工主轴的先进数控机床。本文以某机床厂研发的G650双主轴数控机床工作台为研究对象，采用CAD软件建立了其三维模型，并采用有限元法及其软件对工作台进行了静力学分析和模态分析，研究了工作台在铣削加工状态下的静力学特性和约束状态下的模态特性。通过分析结果可知，工作台的最大形变约2.30 μm、最大应力约9.78 MPa，前四阶固有频率分别为952.86 Hz、1003.30 Hz、1360.60 Hz、1428.90 Hz。分析结果表明了该工作台能确保待加工零件的加工精度和定位精度，为后续的优化设计工作奠定了基础。

基本信息：

双主轴数控机床工作台动静强度分析

Dynamic and Static Strength Analysis of Double Spindle CNC Machine Tool Worktable

作者：

姜欣怡：长春电子科技学院机电工程学院，吉林长春；杨郡守, 林晓亮, 汪志能, 吴弘毅*：衢州学院浙江省空气动力装备技术重点实验室，浙江衢州；余良斌：浙江精尚数控科技有限公司，浙江衢州

关键词:

双主轴数控机床；工作台；有限元分析；静力学分析；约束模态分析

项目基金：

国家自然科学基金资助项目(52175472、62302263)

浙江省自然科学基金项目(LGG22E050031、LD24E050011、ZCLTGS24E0601)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/met.2024.134035

内容简介：

在汉斯出版社《机械工程与技术》期刊上，有论文基于有限元法，针对某机床公司研发的双主轴数控机床，结合虚拟样机基础建立起工作台三位数字化虚拟模型，然后采用ANSYS Workbench对其进行静、动态特性分析以获取相应的特性，为工作台乃至整机性能提升打下基础。

该机床主要由主轴、滑座、磁吸夹具、立柱、横梁、工作台等部件组成。在对工作台进行仿真分析前，首先，在CAD建模软件中建立铣床工作台的三维模型，随后将其转换成中间格式，导入到ANSYS Workbench中，加载相应的边界条件后进行有限元分析计算，以获得动静态特性。

对工作台中的小孔、圆角、倒角等对分析结果影响较小特征进行适当合理的简化，以实现对工作台进行更为高效地有限元分析，从而更快地获取工作台的动态和静态特性，简化后模型如图2所示。先设定模型的材料性质，本研究工作台的材料为HT300，其属性如表1所示。

在进行网格划分时，需要根据工作台模型的特征和计算需求进行合理的划分。工作台模型网格划分相关参数如表2所示，网格划分后的模型如图3所示。

对于双主轴机床而言，工作台过大的形变以及过度的应力集中会导致机床加工精度以及使用寿命的下降。通过静态结构分析可以得到工作台的形变和应力的数值，这是评价工作台能否满足工作要求的重要指标。

如图5所示，为工作台的形变云图。根据图中显示的结果，可知最大形变出现在A、B两个区域，最大形变量约为2.30 μm，而平均形变量约为0.91 μm。上述结果是载荷均布在工作台与夹具的接触面上计算得出的。

模态分析是求解多自由度系统的模态振型及振动频率的过程，可简单地分为自由模态分析和约束模态分析。双主轴数控机床工况分析表明工作台在工作期间受到床身和进给系统的约束，因此在进行模态分析时选择约束模态分析。

结论

为了校验某机床厂研发的G650双主轴数控机床的动静态性能，本文对工作台进行了静力学分析和模态分析，研究了工作台在铣削加工状态下的静力学特性和约束状态下的模态特性。通过研究可以得出该工作台的动静态特性：最大形变量约为2.30 μm、平均形变量约为0.91 μm、前四阶固有频率分别为952.86 Hz、1003.30 Hz、1360.60 Hz、1428.90 Hz，其能够满足双主轴机床的工作要求，模态特性也能有效避免共振的产生。

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https://doi.org/10.12677/MET.2022.116070

所属期刊

-Mechanical Engineering and Technology-

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