卧车刀板有限元分析

2012-10-30黑龙江曹英志

职业技术 2012年1期

关键词：卧式车床切削力

黑龙江曹英志

卧车刀板有限元分析

黑龙江曹英志

本文采用了Proe软件对卧式车床进行建模，并对刀板所受载荷和伸长量进行了变形及对应力进行了有限元分析。

刀板；有限元；建模；载荷；应力分析

刀板是数控卧式车床保证加工的精度的关键部件，安装在刀架上，刀板在刀架的移动由交流伺服电机驱动，半闭环控制，到位停止时自动夹紧。我单位自行设计制造的HTⅢ630×120/120L-NC数控超重型卧式车床刀板的行程为1000mm，可全部缩进刀架体内以防与其他的机床附件干涉。

刀板的结构强度、刚度和制造精度对整个数控卧式车床的性能有很大影响，是进行优化设计的主要对象。当机床工作时，切削运动所产生的切削力通过主刀体传递到刀夹上，最后传递到刀板上，作用在刀板上的力进而使得刀板产生一定的变形，影响刀板的刚度。

为了了解在机床的切削过程中刀板伸长量和切削力对车削精度的影响，故对主刀板的伸长量和刚度进行综合分析计算。

1 刀板参数

HTⅢ630×120/120L-NC数控超重型卧式车床刀板结构参数：刀板长度：1260mm；刀板厚度：150mm；刀板行程：1000mm；主切削力：150KN。

2 刀板的计算条件

刀板刚度计算条件为：主切削力加在刀板刀尖上，刀板与上刀架把合面按固定支承处理，刀板伸长取,切削力的分配：圆周力：径向力：轴向力 =Py：Px：Pz=1:0.5:0.5=150:75:75（KN）刀板采用厚度为150mm的锻钢材料，其材料的弹性模量为1.2e11、泊松比为0.25，密度为7530。

3 刀板载荷的特点

刀板的受力结构为悬臂梁的支承形式，造成刀板变形的主要原因是刀板自身的重力和加工工件时的切削力。在加工零件的过程中，切削力是造成刀板变形的主要原因，当驱动刀板的交流电机驱动刀板运行到不同位置时，由于悬臂梁的伸长量有所变化，导致切削力作用在刀板上的力有所不同，进而影响刀板的刚度发生一定的变化，刀板体产生一定的变形。除了切削力，刀板自身重量也会对刀板的刚度产生一定的影响，刀板发生一定的变形。刀板伸长量越大，悬臂梁的伸长量越大，对刀板变形影响越大。因此，进行受力分析时必须同时考虑切削力和刀板伸长量的影响，由于在两个变化元素下，分析比较复杂，所以选择分析刀板固定的伸长量在固定切削力下的受力结构和刀板变形。

4 刀板实体模型的建立

为了对刀板刚度进行载荷分析和应变分析，根据设计图纸通过proe软件对刀板进行三维建模，制作刀板实体模型。

5 刀板有限元网格的划分

Proe软件的功能主要是对实体进行模型的建立，对建立的模型进行有限元网格的划分，对建立的模型设置具体的参数，包括固体结构的弹性模量的设定，泊松比的设定和热膨胀系数的设定等等。当采用ANSYS对刀板进行建模完成后，接下来的任务就是对其进行有限元网格的划分，单元类型的定义，单元属性的定义，约束条件的定义和边界条件的定义等一系列操作。由于需要完成的任务比较多，本文采用ANSYS软件自带的mesh的模块对数控卧式车床进行有限元网格换分，才有四面体网格，采用此方法划分的网格基本上是能够满足分析要求的。

有限元网格的划分是有限元求解前要做的最重要的工作，网格划分的合理与否直接影响到求解过程的复杂性和可靠性，在整个分析过程中，属于关键部分。它包括节点数据和单元信息的建立。目前，对复杂机构模型的有限元网格划分方式可分为两种类型：直接建立法和自动生成法。

为了更好的对刀板进行刚度分析，分析刀板在固定的载荷下，刀板伸长量不同的条件下，刀板的载荷变形和应力变形。我们对刀板进行有限元网格划分。划分结果见图1-1：