一款新型數控臥式銑鏜床及其基于ANSYS的下滑座有限元設計

王一楠　李翊群　楊小娟　陳南南（. 沈陽機床股份有限公司，遼寧沈陽　04；.沈陽市地方稅務局第五稽查局，遼寧沈陽　0044）

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一款新型數控臥式銑鏜床及其基于ANSYS的下滑座有限元設計

王一楠1李翊群1楊小娟1陳南南2
（1. 沈陽機床股份有限公司，遼寧沈陽110142；2.沈陽市地方稅務局第五稽查局，遼寧沈陽110044）

【摘 要】本文是主要介紹了一款新型的數控銑鏜床PB100并以PB100下滑座為例，利用CAD/ CAE 集成的方法完成了下滑座的建模及有限元分析。先用SolidWorks建模，再導入ANSYS有限元分析軟件，對下滑座進行應力仿真分析，獲得應力分布及薄弱環節，為鏜床設計與改進提供一定的參考依據。

【關鍵詞】銑鏜床下滑座有限單元法ANSYS

1　PB100簡介

PB100數控臥式銑鏜床是我廠全新設計的一款經濟型數控銑鏜床，其是在中捷牌臥式銑鏜床具有60余年設計、制造經驗基礎之上，并結合現代設計方法設計研發的新產品。該機床搭載突破底層運動控制技術的沈陽機床自主研發全新一代智能化數控系統——I5數控系統。PB100數控臥式銑鏜床是萬能性機床，是加工箱體類零件的關鍵設備。

PB100是由床身、立柱、主軸箱及上下滑座等組成的，其床身下滑座的變形承載能力如何直接關系著機床的性能。

2　基本參數與工況分析

下滑座是床身與上滑座過渡環節，是保證工件在X、Z軸方向運動的關鍵環節。其承載能力直接影響工件的加工質量。材料性能參數：材料HT200；彈性模量 E=110GPa；泊松比μ=0.27；質量密度ρ=7200 kg/m3；根據機床實際工況，其主要承載上導軌所受到的壓力，由于一般加工時，上滑座工作區域主要集中在下滑座中間位置，故本研究分析當下滑座承載力在中央時，下滑座的變形量及應力分布；由于機床床身在工作中變形較小，故本文只對下滑座行進行計算。

3　有限元計算

（1）模型的建立及劃分網格［1］。幾何建模是下滑座有限元分析的基礎，相對于CAD軟件強大的建模功能，ANSYS就顯得繁瑣。也正因為此，ANSYS軟件提供了與CAD軟件數據接口，可以直接把CAD軟件中建立的模型導入ANSYS中。首先在SolidWorks中創建下滑座模型，然后通過PARA的X_T格式導入ANSYS中，利用ANSYS進行網格劃分、加載求解與后處理。下滑座采用8節點solid45實體單元，并在適當的控制網格劃分基礎上采用自由劃分的方式劃分后，得到ELEMENT NUMBER=291984；MASS=1320.97。

（2）施加載荷。1）固定約束：①本文基于床身不變形的基礎上，在四處下導軌添加固定約束；②根據實際，在下滑座中間兩下導軌內側（此處為基面和楔鐵接觸面）添加固定約束。2）施加載荷：①添加重力場；②在下滑座上導軌中間處施加面力，載荷按滿載施加。

4　計算結果及后處理方法

通過求解計算，得出下滑座變形圖，見圖1和Von Mises應力云圖，見圖2。

由圖1可知，下滑座的最大變形為0.0038mm，發生部位為下滑座上導軌外側。

由圖2可知，除去集中應力影響，下滑座的最大折算應力（按第四強度理論計算）為3.11MPa，發生部位為下滑座中間導軌與下滑座連接處。

計算結果：下滑座總體積：0.158m3；下滑座重量：0.8409t。

5　結語

機床樣機裝配完成后，對下滑座進行了負載試驗和定位精度測試，試驗結果證明該滑座具有很強的承載能力，運行平穩可靠，完全能夠滿足設計要求。該機床樣機試制完成后，被國內某重點行業客戶搶購。從客戶反饋回來的信息看，該臺機床的下滑座在實際應用中運轉穩定可靠，加工精度高，承載能力大，完全能夠滿足客戶需要。

本文提供了數控臥式銑鏜床下滑座CAD與CAE結合應用的一種具體方法。此方法適用于各種規格十字臺式鏜床設計，希望本文對讀者有一定啟發。

作者簡介：王一楠（1984—），男，遼寧沈陽人，工程師，工學碩士，從事鏜床設計等技術方面工作。