伯特利数控 加工中心 钻攻中心
前言：
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车铣复合加工中心是把车削和铣削工艺整合，在一台加工中心上实现对工件的车削和铣削加工，这种整合比分别车削和铣削的加工精度更高[1-«。斜床身动态性能直接影响机床整机性能，特别是对加工中心整机的抗振性能、加工精度等影响较大。分析斜床身结构的固有频率和振型，可为斜床身设计改进提供依据，避免因共振造成的经济损失。对机床床身动态性能研宄的方法应用最多的是模态分析法。通过模态分析结果，判断振型对加工精度的影响，优化改进斜床身，达到加工中心对加工质量和加工精度的使用要求。将低阶固有频率作为动态分析改进设计的优化目标，提高床身固有频率，有效提高加工中心稳定性，提高对工件的加工精度，为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础⑷。
1加工中心床身有限元模型的建立
MJ-MOMC/Y配置卧式回轮动力型刀架，加工中心Y轴进给采用虚拟Y轴结构进行平面铣削作业[5]，整机三维模型如图1所示。
1.1模型简化
斜床身结构复杂，难以按照实物建立有限元模型。在有限元网格划分前需简化斜床身.3简化的原则是：（1)在CAD建模时力求精确，真实地模拟结构的静动态特性；（2)直线化和平面化处理CAD模型中的小锥度、小曲面[6]。
根据以上原则简化斜床身的模型：删除导轨上的所有螺纹孔。车铣复合加工中心整机模型如图1所示，简化后斜床身（如图2所示）结构的力学特性未发生改变，但为后续高效分析计算提供帮助。
U定义单元属性与网格划分1.2.1定义单元属性
由于斜床身结构复杂，是不规则的几何体，所以选用四面体单元模拟真实结构，经考虑，选择S0LID187四面体单元m。
1.2.2网格划分
在网格划分时，需遵循以下几点原则：（1)模型结构和实际结构尽可能相同；〔2)根据计算精度和计算规模来选择合适的单元大小；（3)单元体应尽量匀称齐整<,
2模态分析
2.1斜床身的村料特性
斜床身材料为灰铸铁，具体的材料参数见表1。
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表1斜床身材料特性
基金项目：山东省自主创新及成果转化专项''高速精密车ft复合虚拟轴加工工艺与装备开发''。
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2.2载荷施加
对于包含预应力效应的模态分析，其固有频率分析结果比不包含预应力时大，更符合实际情况。所以本文采用包含预应力效应的模态分析，对受力情况转化计算。
由于牵扯零件众多，篇幅有限，其分析过程不做介绍，其受力结果直接给出。加工中心接触构件示意图如图3所示。
假定刀架、主轴箱、尾座等部件的材料都为普通碳钢，将车床模型导入SolideWorks中，得出它们的质量分别为650kg、470kg、240kg。那么，它们对斜床身的作用力即为各自的重力 Gp G2、G3，分别是 6500kg、4700kg、2400kg。这三个力分别施加在它们各自的支撑处。斜床身受到的外力经过计算，分别是GiSGSOON，G2S 4700N，^为2400队M2*613N.m，M3 为 613N.m[8]。
2.3有限元分析及结果讨论
通过自由划分网格和扫掠的方法将模型划分，划分网
格的有限元模型如图4所示。
对斜床身施加约束条件，斜床身是由底面11个螺栓固定在底座上，分别对床身的11个节点施加x、y、z三个方
向的约束[9]。
加工中心工作时，只有少数低阶模态起主要作用，所以只分析前六阶模态，通过ANSYS Workbench分析求解，分析得到固有频率和振型，通过模态分析可分析得到各阶模态振型（见表2)和振型图（如图5?图10所示）。
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表2斜床身前六阶固有频率及振型描述
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量较大，两侧变形量较小；分析固有频率可知，前六阶固有频率较低，因此单位刚度较低，稳定性较差。为提高固有频率，改进其结构尺寸、上导轨和底座厚度。但为保证其加工范围要求，斜床身主要结构尺寸不变，因此只改进上导轨和底座厚度。具体改进措施为：（1)增加上导轨厚度。改善上导轨结构受力，提高稳定性，保证加工精度；C2)增加底座厚度。增加底座稳定性，减小变形量，增加斜床身稳定性。
改进后底座结构加工工艺难度与改进前相比相差较小。上导轨承担托板的垂直方向和水平方向载荷，改善了导轨受力状态，更适合精密元件加工。改进后的斜床身模型如图11所示。对改进后斜床身模型进行模态分析，通过模态分析可分析得到各阶模态振型〔见表3)和振型图〔如图12?图17所示）。
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图11改进后的斜床身模型
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4结语
(1) 利用MSYS Workbench有限元软件对斜床身进行模态分析，分析得到各阶模态振型图和斜床身变形特点，确定影响加工中心动态特性的主要因素为上导轨和底座。
(2) 优化改进斜床身的上导轨和底座，与原结构相比，加工工艺难度相差较小，改善了上导轨的受力状态，加工中心稳定性和加工精度得到提高。
(3) 对比改进前后斜床身模态分析结果，前三阶固有频率改进后分别提高6. 10%、5. 02%和5. 43%,斜床身结构刚度得到改善，稳定性和加工精度得到提高，为下一步斜床身车铣复合加工中心的改进设计打下基础
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