一款新型数控卧式铣镗床及其基于ANSYS的下滑座有限元设计

王一楠　李翊群　杨小娟　陈南南（. 沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳　04；.沈阳市地方税务局第五稽查局，辽宁沈阳　0044）



一款新型数控卧式铣镗床及其基于ANSYS的下滑座有限元设计

王一楠1李翊群1杨小娟1陈南南2
（1. 沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳110142；2.沈阳市地方税务局第五稽查局，辽宁沈阳110044）

【摘 要】本文是主要介绍了一款新型的数控铣镗床PB100并以PB100下滑座为例，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，再导入ANSYS有限元分析软件，对下滑座进行应力仿真分析，获得应力分布及薄弱环节，为镗床设计与改进提供一定的参考依据。

【关键词】铣镗床下滑座有限单元法ANSYS

1　PB100简介

PB100数控卧式铣镗床是我厂全新设计的一款经济型数控铣镗床，其是在中捷牌卧式铣镗床具有60余年设计、制造经验基础之上，并结合现代设计方法设计研发的新产品。该机床搭载突破底层运动控制技术的沈阳机床自主研发全新一代智能化数控系统——I5数控系统。PB100数控卧式铣镗床是万能性机床，是加工箱体类零件的关键设备。

PB100是由床身、立柱、主轴箱及上下滑座等组成的，其床身下滑座的变形承载能力如何直接关系着机床的性能。

2　基本参数与工况分析

下滑座是床身与上滑座过渡环节，是保证工件在X、Z轴方向运动的关键环节。其承载能力直接影响工件的加工质量。材料性能参数：材料HT200；弹性模量 E=110GPa；泊松比μ=0.27；质量密度ρ=7200 kg/m3；根据机床实际工况，其主要承载上导轨所受到的压力，由于一般加工时，上滑座工作区域主要集中在下滑座中间位置，故本研究分析当下滑座承载力在中央时，下滑座的变形量及应力分布；由于机床床身在工作中变形较小，故本文只对下滑座行进行计算。

3　有限元计算

（1）模型的建立及划分网格［1］。几何建模是下滑座有限元分析的基础，相对于CAD软件强大的建模功能，ANSYS就显得繁琐。也正因为此，ANSYS软件提供了与CAD软件数据接口，可以直接把CAD软件中建立的模型导入ANSYS中。首先在SolidWorks中创建下滑座模型，然后通过PARA的X_T格式导入ANSYS中，利用ANSYS进行网格划分、加载求解与后处理。下滑座采用8节点solid45实体单元，并在适当的控制网格划分基础上采用自由划分的方式划分后，得到ELEMENT NUMBER=291984；MASS=1320.97。

（2）施加载荷。1）固定约束：①本文基于床身不变形的基础上，在四处下导轨添加固定约束；②根据实际，在下滑座中间两下导轨内侧（此处为基面和楔铁接触面）添加固定约束。2）施加载荷：①添加重力场；②在下滑座上导轨中间处施加面力，载荷按满载施加。

4　计算结果及后处理方法

通过求解计算，得出下滑座变形图，见图1和Von Mises应力云图，见图2。

由图1可知，下滑座的最大变形为0.0038mm，发生部位为下滑座上导轨外侧。

由图2可知，除去集中应力影响，下滑座的最大折算应力（按第四强度理论计算）为3.11MPa，发生部位为下滑座中间导轨与下滑座连接处。

计算结果：下滑座总体积：0.158m3；下滑座重量：0.8409t。

5　结语

机床样机装配完成后，对下滑座进行了负载试验和定位精度测试，试验结果证明该滑座具有很强的承载能力，运行平稳可靠，完全能够满足设计要求。该机床样机试制完成后，被国内某重点行业客户抢购。从客户反馈回来的信息看，该台机床的下滑座在实际应用中运转稳定可靠，加工精度高，承载能力大，完全能够满足客户需要。

本文提供了数控卧式铣镗床下滑座CAD与CAE结合应用的一种具体方法。此方法适用于各种规格十字台式镗床设计，希望本文对读者有一定启发。

作者简介：王一楠（1984—），男，辽宁沈阳人，工程师，工学硕士，从事镗床设计等技术方面工作。