大型落地式镗铣床TKS6916整机有限元分析

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Finite Element Analysis on Floor-type Boring and M illing M achine Tool TKS69 1 6ZHU Xiang ，CUN Huaying ，LI Kun ，LIU Yi ，YAN Wei(1.Shenji Group Kunming Machine‰ l Company Limited，Kunming Yunnan 650203，China；2.School of Mechanical Engineering，Xian Jiaotong University，Xian Shaanxi 7 10049，China)Abstract：The entire model of large-scale floor·type boring and miling machine tool TKS6916 was built，and the static analysisand dynamic analysis were conducted based on the mode1. The results of static analysis show that the deformation of the machine tooldepends on the two loads of gravity and the tightening force caused by the bolts used to couple stud and sliding seat. Th e maximumstress of the machine tool is much lower than the material yield limit，and it indicates that the material is safe enough.The results ofdynamic analysis show that the first five modes have close relationship with stud and oil cylinder，and it means that the stiffness of thetwo parts should be strengthened.Th e modes which are related to stud wil not change with the location of spindle box，but the modeswhich are related to oil cylinder wil change a lot。

Keywords： Boring and miling machine tool；Finite element；Static analysis；Dynamic analysis镗铣床是现代加工制造的基本设备，文中要研究的落地式镗铣床 TKS6916不仅可以用来加工各种缸体孔、缸套孑L以及其他精密孔，还可进行汽缸端面精铣 ，可实现镗、铣、钻、铰多功能加工。随着制造企业对镗铣床精度及效率要求的不断提高，这种机床的设计也必须与时俱进以适应需求。在镗铣床TKS6916的设计中，仅对各个部件单独进行分析将无法反映其整体性能，因此必须对机床整机进行静力和动力分析。

许多机床行业的研究人员对落地式镗铣床各关键部件 及整体 都进行过动力分析，但都未对其进行静力分析。作者利用有限元软件 ANSYS建立了落地式镗铣床 TKS6916的整机模型，首先对其进行三维静力分析，得到了机床整体的应力分布及最大应力点 ，然后根据其动力学模型分析了整机的前5阶固有频率和模态振型。这两方面的分析为落地式机床的设计提供了-定参考。

1 有限元模型落地式镗铣床 TKS6916主要由床身、直线导轨、滑座、立柱、油缸、滑枕座、滑枕及主轴箱等基本部件组成 ，并具有三向相互垂直的运动轴，机床的有限元模型如图 1所示。

图 1 落地式镗铣床 TKS6916有限元模型收稿日期：2011-12-20基金项目：云南势技计划项目 (2010ADO11)；国家自然科学基金资助项目 (51075315，51175410)作者简介：朱祥 (1966-)，男 ，高级工程师，研究方向为数控机床设计。E-mail：zhuxiang###kmtc1.con.cn。通信作者：刘意，E-mail：sfzwO016###163.COrn。

· 136· 机床与液压 第41卷.60.55.50.45.40.35.30l0 15 20 25 30 35 40 45t/s图4 80 m处各个消波系数下的波峰连线由图2可以看出：各个消波系数下的波峰连线与对应位置的实验结果 比较接近，在造波前期由于液体的非线性因素，出现较大的波动，与实验差距较大，后期逐渐趋于稳定。

从图3可以看出：消波系数 0.1时，与实验结果最为接近；随着 的增加，波峰连线逐渐偏离实验结果，并且波峰跳动加剧；消波系数 0.01时，波峰连线也与实验结果有较大的差距，并且出现较大的波动性，波峰曲线类似于 1时的情形。

从图4也得出了与图3-致的结论，并且波峰的跳动更为剧烈。

从以上3幅图中可以得出：在远离消波区的地方，各个消波系数下的波峰连线图与实验结果差距不大，波峰变化不是特别明显。越接近消波区，波峰波动越剧烈，并且消波系数 0.1时，与实验结果最为接近；随着 的增加或减小，波峰连线逐渐偏离实验结果，并且波峰跳动加剧。得出消波系数 0.1时，模拟的波浪水槽最接近实验结果的结论。

3 结论提出了-种基于FLUENT求解器的在计算波浪水槽时用于消波区的自定义能量函数，并将其应用于计算三维波浪水槽。通过在求解器中加入该能量函数，并且通过与实验结果进行对比，找出了最佳的函数中的变量系数♂果表明：加入该能量函数及其最佳消波系数的FLUENT求解器，能够较为准确地模拟三维波浪，其分析数据较为准确的反映实验情况。为今后的波浪模拟中关于消波函数及其消波系数问题，提供了比较准确的依据。