卧式加工中心滑座的动态特性分析与优化*

现代制造业的快速发展，对加工机床的动态性能提出了越来越高的要求，近年来国内外对机床结构动态设计方面都开展了大量的研究。以加工中心进给系统及工作台为研究对象，建立了进给系统的有限元模型，利用ANSYSWorkbench软件进行了分析，以提高工作台的固有频率为优化目标进行了工作台的尺寸优化[1]。在高速卧式加工中心动态设计时，通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数并将其应用到数字仿真模型中，提高了模型的精度；在加工中心的结构优化设计过程中，对主要部件的拓扑优化设计，提高了加工中心的静动态特性[2]。以高速立式加工中心滑座为研究对象，以轻质多孔结构为基础对原模型进行改进，运用有限元分析软件对滑座进行静力学分析、模态分析，通过对轻质多孔结构的滑座的拓补优化最后提高了滑座动态性能[3]。

本文大型卧式加工中心滑座为研究对象，一方面，滑座作为工作台的支承件和伺服进给系统的运动部件，其受力变形直接影响工作台的回转进给和直线进给精度，进而影响机床的加工精度及稳定性[4-6]；另一方面，工作台滑座采用传统的经验设计,缺乏相关动态特性分析的支撑，所以存在振动、结构分布不合理等问题，因此有必要对卧式加工中心滑座进行动态分析，并在此基础上进行结构优化。首先建立滑座的三维模型，利用有限元软件*陕西省教育厅项目编号：16JK1051宝鸡文理学院项目编号：ZK15030ANSYSWorkbench对滑座结构进行静、动态分析，并根据分析结果完成滑座结构的优化。

1 静力分析

1.1有限元模型的建立

卧式加工中心工作台滑座是支撑工作台的大件，滑座中间布置有传动装置、夹紧装置、轴承等结构，本课题研究的滑座与工作台之间，通过锥销油缸夹紧装置连接，可以认为是刚性连接，工作台滑座采用高强度灰铸铁HT250铸造而成，零件自重753kg，布筋型式为环形布筋，中间有辐射状的横筋布置，筋板厚度为25mm，导轨支撑面厚度50mm，其结构如图1所示。取弹性模量1.30GPa，泊松比0.25，采用自由划分网格，划分后节点总数为162321，单元总数为86001，网格生成如图2所示。

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结语

通过对试制机工作台滑座的静、动态特性分析，得到其在不同频率振型下的变形，指出了结构刚度的薄弱点并对原因进行了分析。通过对滑座结构优化前后的力学性能对比，确定了较为合理的结构，为该卧式加工中心整机的优化提供了参考。

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