基于ANSYS某型数控钻床整体结构分析

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基于ANSYS某型数控钻床整体结构分析 详细的设计步骤 相关的计算 具体说明书0 引 言
钻床-般包含床身、立柱、工作台、主轴箱等基
础部件，它们各自的静刚度对钻床整机的静刚度有重
要影响.为此，国内有些学者对机床的基础部件进行
各种静动态分析，如广西大学的仇君、朱晓慧等对某
型数控钻床的立柱进行了静动态分析，找出影响立柱
刚度的主要因素[1]162-164
；宿迁学院的张丽、周德廉等
在对底座进行了静动态分析的基础上，利用拓扑优化
技术对底座进行了优化[2]37-39
，取得了好的结果.但利
用有限元分析技术对钻床整机进行静动态分析的相关
论文很少见，而对钻床整机进行静态分析对机床的整
体设计有重要指导意义.为此，笔者利用有限元分析
软件对某型数控钻床的整机进行静力分析，分析机床
的静刚度和主要加工性能.
1 整机的有限元模型的建立
1.1 分析数控钻床的结构特点
某数控钻床的整体结构特点是：该数控钻床由
主轴箱、立柱、床身、导轨、滑台及工作台五大主
要基础部件组成.主轴箱与立柱通过固定于立柱竖
直方向上的导轨相联，主轴箱可以通过竖直丝杆沿
导轨在竖直方向上下移动，床身与立柱采用螺栓联
接.床身上安装有水平方向的导轨，滑台放置在水
平导轨上，滑台支撑着工作台，工作时，工作台做
时，需要考虑各个部件之间的连接[3]
.上述各个部件
之间的连接处除了基座与立柱是螺栓连接外，其它
的连接都是面面接触，接触刚度比较大[4] [5]
，在进行
有限元分析时，先建立他们各自是实体模型，然后
通过粘结命令把各个部件组装在-起[6]62-65
，形成整机
的实体模型，由于各主要部件为空间不规则几何
体，为保证结果的准确性，故选用其10节点的三维
的SOLID92四面体块单元，最后进行网格划分，形
成有限元模型，如图1所示.
图1 钻床有限元模型
2 钻削力大小的确定
钻削力和钻削扭矩的计算公式如下[7]849-865
：
（1）
（2）
根据《金属切削手册》取CF588.6 d040，XF
1，Y 0.8，K 1 f0.61，由式（1）、（2）计算可
基于ANSYS某型数控钻床整体结构分析 刘光浩1
，陈超山1
，黄 伟2
（1.柳州职业技术学院，广西 柳州 545006；2.广西大学 机械工程学院；广西 南宁 530004）
摘 要：利用ANSYS有限元分析软件先分别建立数控钻床的主要部件的实体模型，再通过组装命令建立起整机的实体模型，最后对
钻床进行有限元静力分析，通过静力分析虚拟检验机床的静刚度及钻床的主要加工性能指标，为机床的虚拟设计提供了-种分析手段.
关键词：数控钻床；有限元分析；静刚度
中图分类号：TG52 文献标识码：A 文章编号：1674-8891（2011）03-0022-02
Structure Analysis on the Overall CNC Drilling Machine Based on ANSYS
LIU Guang-hao1
， CHENG Chao-shan1
， HUANG Wei
2
（1.LiuZhou Vocational and Technical College， Guangxi Liuzhou， 545006；2. School of Mechanical Engineering Guangxi University， Guangxi Nanning， 530004）
Abstract：This thesis studies to analyze software and establish NC drilling machine respectively by using ANSYS finite element and establish a
solid model of the machine through the assembly order， and finally drilling machine for finite element analysis by static analysis of virtual testing
machine of static rigidity and drilling of the main processing performance indicators for the virtual machine design which provides an analysis of means.
Key words：CNC drilling machine， finite element static analysis， static rigidity