基于有限元分析的电火花加工机床变形的研究.pdfVIP

2012年全国电火花成形加工技术研讨会 基于有限元分析的电火花加工机床变形研究 李艳杨大勇 刘建勇 郭妍 北京市电加工研究所，北京 10019l 擅要t应用参数化设计软件SolidWorks对牛头式电火花加工机床进行三维建模，将建好的模型导入ANSYS Workbench软件进行有限元分析。结果表明：滑枕、Z轴和Z轴底座是牛头式电火花加工机床发生变形的 主要部件。随着z轴的向上运动，变形量呈增加的趋势。Z轴施加配重，不仅有利于减小电机的负荷，提 高机床的承载能力和运动灵敏度。而且有利于减小机床的变形． 关健词l电火花加工有限元分析ANsYsWorkbench软件变形 0前言 电火花加工机床广泛应用于航空、航天、汽车制造业和模具制造业等相关产业。当今制造领域 向着产品高精度化、材料多样化、加工复杂化方向的发展，对电火花加工机床提出了更高的要求n寸1。 牛头式电火花加工机床由于具有加工精度不受工作台负荷影响、总体刚性高的特点，被国内外一些 中高档电火花成形加工机床广泛采用。牛头式机床的工作台一般是固定不动的，床身上安装有滑板 和滑枕，实现机床沿X向和Y向的移动，Z轴安装在滑枕上，实现机床沿Z向的移动。 在机床设计中，仅局限于机床各个部件的变形分析已经无法反映出机床的整体性能。要对电火 花加工机床变形进行准确的预测，必须对机床整机进行分析。由于机床整机结构复杂，很难建立数 学模型进行变形分析。而有限元分析是一种用来分析计算复杂结构的极为有效的数值计算方法，为 各种类型机床的变形分析提供了有力的工具H‘钉。本文以牛头式电火花加工机床为研究对象，应用有 限元方法，分析Z轴在不同位置时机床的变形量，并分别对Z轴未加配重和Z轴施加配重两种情况 下机床的变形量进行比较分析。 1有限元模型的建立 ANSYS 一代产品平台，不但继承了ANSYS经典平台在有限元仿真分析上的所有功能，而且融入了三维CAD 软件强大的几何建模功能和ISIGHT等优化软件在优化设计方面的优势，可以帮助技术人员在同一软 件环境下完成产品研发过程中的所有工作，从而大大简化产品开发流程，缩短产品研发周期哺’。有 限元软件主要用来对模型进行分析，能建立一些相对简单的几何模型，而对于复杂几何模型的建立 则相对比较困难。但一般有限元软件都具有与CAD软件的接口功能，可以充分利用CAD软件的三维 112 2012年全国电火花成形加工技术研讨会 造型功能。因此，可以先利用cAD软什建立物体的几何模型，然后导^到有限元软什中进行分析。 s以1dworks软件是基于特征的三维参数化cAD软件，具有很强的三维实体建模功能。本文先利用 solid”orks软件建立机床的三维几何模型，然后导入郇sYs№rkbeⅡch中进行分析， 在进行有限元分析时，为简化计算，进行如下假设：(”认为屯火花加工机床是各向同性村料． 密度分布均匀，在工作过程中始终处于弹性阶段。c2)假定位移和变形都是微小的。同时，在进行机 床几何建模时，要求在尽量保持机床原始结构的基础上，对机床进行适当的简化。机床表面上有些 细小特征对结构整体的性能影响很小。建立有限几』L何模型时就可以忽略小的倒角、圆角和对结构 性能影响不大的小尺寸。通过选辑合适的元素．就能建立起能够模拟真实情况的有限元几何模型。 圈l所示为由solidworks软件导八到ANsYsworkb。nch软件后得到的电火花加工机床三维模型图。 当电火花加工机床的三维模型导入到ANsYsworkbench软件后．软件会自动识别所有接触表面， 只需确定接触表面是否是所需要的部位，井确定接触类型和接触方式。在分析求解之前需要设定材 料属性，包括弹性模量、泊松比和密度。如床身、工作台和滑枕等选用灰铸铁，密度为72×10’kg／Ⅲ。， 弹性模量为l_38x105肝8，泊松比为025。定义完村料属性，需要进行有限元阿格划分。阿格划分 是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步．它直接影响羞后续数值计算分析结果的精确性。阿格 划分时充分利用州sYsworkbench对太部件的自动划分功能，对于较复杂的结构，该软件一般采用 s。lid埔7单元，该单元为四面体结构．其L共有10个节点，属于较高精度的单元，网格划分完成 后(见图2)，就建立起了该机床的有限元模型。