数控铣床滑枕有限元分析及试验研究

有限元分析在数控铣床热变形方面的研究Research of FEM in the analysis of thermal deformation on CNC machines摘要：在多种热源的作用下，数控铣床产生热变形，影响工件与刀具间的相对位移，造成加工误差，从而影响零件的加工精度，因此减小热误差对提高机床的加工精度至关重要。

控制机床热误差涉及到如何查找敏感点，然而找出机床敏感点是个非常棘手的问题。

本文在对数控铣床热边界条件进行分析的基础上，应用有限元分析软件ANSYS，对ZK7640数控铣床进行整机热特性分析，为机床敏感点的查找提供依据，对数控机床热误差进行了定量计算，并通过实验检测验证其正确性。

关键词：温度敏感点；热误差；有限元分析Abstract: Many kinds of the heat sources in a CNC milling machine produce thermal deformation. This deformation affects the relative displacement between the work-piece and the cutter, causes the manufacturing errors, and influences the machining accuracy of the part. Therefore, it is very important to reduce thermal deformation to improve the machining accuracy. Controlling the thermal error will be relative to the theory of temperature sensitive point, however, it is difficult to find the points by experiments. In this paper, thermal characteristics of ZK7640 CNC milling machine are simulated by analyzing the thermal boundary conditions and using the finite element (FEM) software ANSYS. Moreover, many experiments are done to test the analysis' validity.Key words: temperature sensitive point; thermal characteristics; FEM引言国内对数控机床热变形也进行了比较深入的研究，并获得了很多成果，特别是提出了热敏感点理论：机床表面有些点的温度变化将引起机床热误差的明显改变，只要这些点的温度不变，机床热误差也基本不变，这些点就是影响机床热误差的关键点，也就是机床热误差补偿中的温度测点及控制点。

大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析首先，在进行滑枕的三维结构设计时，需要考虑以下几个方面：1.滑枕的整体结构设计：滑枕一般采用钢板焊接的结构，需要确定板材的材质和厚度，并考虑到结构的强度和刚度。

2.滑枕的导轨设计：导轨是滑枕的重要支撑部分，需要根据工作负荷和运动速度选择合适的导轨类型，并进行适当的布置和支撑。

3.滑枕的传动系统设计：传动系统一般采用齿轮传动、导轨传动或直线电机传动等方式，需要根据具体使用需求选择合适的传动方式，并进行传动参数的设计和匹配。

4.滑枕的加工精度设计：滑枕在工作过程中需要保持一定的加工精度，因此需要设计合适的调整机构和补偿机构来保证滑枕的精确位置。

接下来，在进行有限元分析时，可以采用有限元软件进行仿真分析。

有限元分析的主要目的是通过模拟滑枕在工作时的受力情况，评估其结构的强度和刚度，以及分析可能存在的应力集中和变形情况。

在进行有限元分析时，需要进行以下几个步骤：1.建立几何模型：根据滑枕的实际结构，使用有限元软件建立滑枕的三维模型，并设置材料性质和边界条件。

2.网格划分：将滑枕的三维模型进行网格划分，分成较小的单元，以便进行有限元分析。

3.材料属性设定：设置滑枕的材料属性，包括材料的弹性模量、泊松比、密度等。

4.载荷施加：根据实际工作负载，给滑枕施加相应的载荷和边界条件。

5.分析求解：运行有限元软件进行求解，得到滑枕在不同载荷下的应力分布、变形情况等。

6.结果评估：根据分析结果，评估滑枕的结构强度和刚度是否满足设计要求，如有需要，可对结构进行优化设计。

总之，大型龙门机床滑枕的三维结构设计和有限元分析是保证其性能和稳定性的重要步骤，能够帮助工程师了解滑枕在工作时的受力情况，优化设计，并指导制造和维护过程，从而提高机床的加工精度和可靠性。

大型数控车床床身结构的有限元分析数控车床是一种高精度、高速、高自动化的机械设备。

其关键部分是床身结构，在高精度切削加工过程中承担着不小的负荷，因此对于其结构的优化设计至关重要。

本文将通过有限元分析对数控车床床身结构的强度和刚度进行优化设计。

一、有限元分析的基本概念有限元分析是求解强度、振动、热力学等问题的一种重要方法。

有限元方法将一个复杂的结构分割成有限个单元，每个单元可以看作是一个简单的结构，可以通过计算单元内各个点的力和位移，得到整个结构的力和位移的分布情况。

在有限元分析中，要首先进行预处理，包括建模、离散化和求解算法的选择等步骤。

然后进行求解过程，通过解出各个单元的刚度矩阵和外载荷矩阵，再根据边界条件组成总刚度矩阵和外载荷矩阵，最终求解结构中各点的位移和应力等参数。

最后进行后处理，对计算结果进行分析和优化。

二、建立数控车床床身的有限元模型在进行有限元分析之前，需要建立数控车床床身的有限元模型。

床身结构可以分为两部分：主床身和副床身。

主床身是床身的主要承载部分，唯一支撑和固定主轴箱和刀架；副床身是连接两端的连接体，起连接两端床身和承受工件切削力的作用。

我们分别对主床身和副床身进行静力学分析，求解其强度和刚度。

三、床身结构的静力学分析床身结构主要受到外部力荷载和自重荷载的作用。

基本的受力情况如下：1. 主轴箱在切削时产生的切向力和径向力。

2. 刀架的重量产生的自重荷载。

3. 工件在切削时产生的切向力和径向力。

由于车床的高速旋转的特殊性，其受力情况十分复杂，难以通过简单的解析法求解，因此需要运用有限元分析的方法。

四、床身结构的优化设计基于前面的有限元分析结果，我们可以得到数控车床床身的强度和刚度情况。

若发现床身结构在受到切削载荷时强度不足或刚度不够，我们可以对床身结构进行优化设计，包括优化结构形状，材料选型等方式。

例如，我们可以通过增加床身的内部加强支撑件、合理改变断面的形状、优化床身连接部位的刚性等方式，提高其整体刚度和强度。

大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析引言：大型龙门机床滑枕作为机床的重要部件，承担着支撑和运动控制的功能，其结构设计对机床的稳定性和运行性能有着重要的影响。

本文将介绍大型龙门机床滑枕的三维结构设计，以及通过有限元分析的方式对其进行评估和优化。

一、大型龙门机床滑枕的结构设计1. 设计原则在设计大型龙门机床滑枕的结构时，需要考虑以下原则：a. 结构刚性：确保滑枕在工作过程中能够承受各种负荷，保持稳定性。

b. 重量轻：滑枕作为机床的移动部件，重量轻可以减少机床的惯性，提高运动速度和定位精度。

c. 制造成本低：通过合理的结构设计和材料选择，实现滑枕的制造成本与性能之间的平衡。

2. 结构设计步骤大型龙门机床滑枕的结构设计一般包括以下步骤：a. 确定滑枕的工作载荷：根据机床的工作要求和加工过程中的力矩和压力，确定滑枕的工作载荷。

b. 选择材料：根据滑枕的工作载荷和机床的要求，选择适合的材料。

常用的材料有铸铁、钢铁和铝合金等。

c. 设计滑块支撑结构：滑块是滑枕的移动部件，其支撑结构的设计直接影响机床的稳定性。

可以采用滚动轴承、滑动导轨等结构。

d. 设计滑块传动机构：滑块的传动机构决定了滑枕的运动方式和速度调节。

常用的传动机构有齿轮传动和液压传动等。

二、大型龙门机床滑枕的有限元分析1. 有限元分析的概述有限元分析是一种基于数值方法的结构力学分析技术，通过将复杂的结构划分为有限个小元素，利用元素之间的力学关系进行计算，得到结构的应力和变形等重要参数。

2. 有限元模型的建立在进行有限元分析之前，需要首先建立大型龙门机床滑枕的有限元模型。

模型的建立需要考虑材料的力学参数、滑枕的几何形状等因素。

3. 有限元分析的计算过程有限元分析的计算过程可以分为以下几个步骤：a. 离散化：将滑枕划分为有限个小元素，确定每个元素的几何形状和材料特性。

b. 边界条件的设定：根据实际情况，设定几何边界和加载条件，如支撑点和外加载荷。

72M achining and Application机械加工与应用数控落地铣镗床滑枕挠度补偿控制形式的改进及调试谭广巍（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）摘 要：当前我国机械制造，所采用的滑枕和镗箱的主要特征具有质量大、结构刚性不足等特点，因此在进行主轴箱工作开展的过程中，很容易出现镗铣轴和滑枕在伸出主轴箱时，产生较大的距离，降低主轴工艺系统的刚性，在进行挠度变形问题解决的过程中，通过工艺加工，主轴的刚性会降低。

因此需要采用液压缸对主轴箱的中心值进行补偿，当前我国的液压控制中心系统所采用的都是国外进口的比例阀控制方式，在当前我国落地铣镗床滑枕挠度补偿过程中的应用存在着很多问题，因此，本文对该结构的控制形势进行了分析和改正，希望能够有效的降低生产维修成本，提高系统补偿的稳定性。

关键词：数控落地铣镗床；滑枕挠度；补偿控制；改进及调试中图分类号：TG547 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）12-0072-2收稿日期：2019-12作者简介：谭广巍，男，生于1983年，汉族，吉林东丰人，硕士，研究方向：大型数控落地铣镗床设计。

在进行数控落地铣镗床生产应用的过程中，很容易因为滑枕行程过大而造成挠度变形，为了更好地解决这一问题，工作人员需要采用先进的液压控制方式，搭配合理的电气反馈装置，对机床运行情况进行有效控制，这些方法的有效应用，能够全面提高滑枕低头补偿的精度，保证滑枕在正常移动的过程中能够获得相应的补偿，并且改善反应速度。

控制调试技术的有效应用，能够全面提高数控落地铣镗床滑枕运行的稳定性，助力我国机械制造业的稳步发展，随着我国机械制造生产形势的不断优化，在所选择的落地铣镗床类型上，需要保证主轴的直径控制在260mm 以上。

1 数控落地铣镗床滑枕挠度补偿控制形式的改进（1）垂直精度改进。

在滑枕使用的过程中，往往因为自重的原因而出现较大的误差，从而导致，滑枕变形，在机床生产的过程中，经过合理的评估和研究，了解伸出的划转距离应保持在相应的标准下，其中最为主要的数值就是垂直精度，对加工产品的精度以整体质量有着直接的影响，因此需要做好相应的补偿定位对精度进行控制。