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2加工中心立柱的靜動態特性分析
機床的結構性能是保證機床具有一定的加工精度穩定性的基礎，一臺機床的基礎結構性能的好壞直接關系到其最終的加工精度、加工精度穩定性和切削效率等。為了提高其結構性能，除了合理配置機床的部件型式外，首先要求在設計上要保證其結構有良好的靜動特性性能。當臥式加工中心處于工作狀態時，會產生各種變載荷，導致機床產生振動進而影響機床的精度和穩定性，這里首先對其靜動態特性做相關分析。
立柱聯系床身和主軸箱，處于加工中心的中間位置，對其質量、抗振性能和剛度等結構性能要求較高。故本章主要以立柱為研究對象，對其進行靜動態性能分析。對于加工中心的其他部件如床身、主軸箱等，也可利用此節所述思路來分析和優化，這里不再贅述。
2. 1加工中心立柱的靜力分析
該臥式加工中心的立柱釆用整體鑄造的形式，其在X方向的快速移動速度為 36m/min，豎直之后高1900mm、長890mm、寬794mm、頂板厚110mm、底板厚120mm，左右側壁厚度為155mm，重量為1400kg。
分析立柱與其他主要部件的關系，主軸箱通過四個滑塊和直線導軌正掛在立柱之上，并通過滾軸絲杠傳遞的動力沿直線導軌在Y向作上下運動。床身上也有兩條直線導軌，立柱底面通過導軌上的滑塊與床身連接，可沿X軸方向左右移動。虛擬裝配圖和實際裝配圖分別如圖2.2-a與2.2-b所示。 -
結構的靜力分析是指作用在結構上載荷是固定不變的，在這種情況下，進而計算結構所受到的應力和產生的變形。當然，一個結構只有在非常理想的情況下才會受到固定不變的載荷，這里將隨時間變化很緩慢的載荷也看作是固定載荷。這樣，在進行靜力分析時，除了約束載荷和重力載荷外，只需施加靜力固定載荷
2.1.1加工中心的受力分析
加工中心的刀具通過對所加工的工件施加切削力進行切削過程，然后工件會對刀具產生反作用力，刀具所受到的力通過刀柄、主軸和主軸箱（包括導軌上的四個滑塊）傳遞到立柱上。為了更好的模擬立柱的受力變形，工件對立柱的作用力應該利用力的等效原則將力傳遞到立柱導軌上。根據高速臥式加工中心的受力特點，對其在鉆孔和銑削兩種工況時的受力情況分別進行了分析。
對該工序加工內容進行分析可知，該工序主要完成缸體的銑面和鉆孔工作（圖2.3)，銑刀和鉆刀均為硬質合金刀具。這里利用切削力的功率估算方法對一把直徑45mm,轉速400 r/min的銑刀進行銑削力計算。對于電主軸來說，其最大功率為30Kw,由于沒有齒輪傳動功率耗散比較少，故令傳動效率為0.98,則可得出實際切削效率為：
pc = TJPE = 0.98x30 = 29AKw (2-1)
已知刀具直徑和轉速，進而得到切向切削力也即主切削力：
分析可知，當主軸箱位于立柱導軌行程的不同位置時，切削力的杠桿率也不同，會導致立柱的變形量產生變化。這里取其在實際加工過程中（圖2.4)最常用的工作位置，即下滑塊底面距離導軌地面600mm。
2. 1.2加工中心的靜力分析
首先利用CAD建模軟件Pro/E對立柱結構進行三維建模，由于模型結構較為復雜，將對立柱性能分析影響較小的一些特征如小倒圓角、螺紋孔、小凸臺等省略去，這能夠避免接下來的有限元網格劃分過程中出現錯誤，且節省計算時間。
三維模型建完導入ANSYS分析軟件中，對立柱進行材料屬性定義（表2.1):
表2.1各部件的主要材料屬性 Tab.2.1 Material properties of the parts

部件	材料	彈性模量(N/m²)	泊松比	質量密度(kg/m³)
立柱	HT250	1.38E+11	0.156	7.28E+03
主軸箱	HT300	1.57E+11	0.270	7.25E+03
主軸	軸承鋼	3.8E+11	0300	7.82E+03

之后對結構進行網格劃分。主軸箱與立柱的接觸類型定義為bounded,對主軸施加上小節計算出的切削力，對立柱與底座（床身）連接處的滑塊位置以及與滾珠絲杠連接處施加約束。

加工中心立柱的靜力分析

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