基于有限元分析的龙门铣床床身减重设计

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W eight-reduction Optimization Design for Milling Planer Bed Based on FiniteElement AnalysisYANG Xudong ，SUN Dong ，YI Qian ，LI Jlachun(1.School of Mechanical Engineering，Guizhou University，Guiyang Guizhou 5500 1 8，China；2.Guihang Dongfang Machine Tool Co.，Ltd.，Duyun Guizhou 558000，China)Abstract：The miling planer bed is one of the most important foundational parts for the entire machine。suficient stiffness is re-quired.The posterior segment of a certain milling planer bed was regarded as the optimization object.Three-dimensional modelingmethod was used to calculate the exact weight of the bed and then finite element analysis was used to research the static and dynamiccharacteristics before and after weight-reduction. The weak link of the bed was found out and an improvement scheme was put forwardensuring lower production cost under the premise of sufficient rigidity。

Keywords：Miling plan er bed；Weight-reduction；FEA；Static stiffness；Dynamic characteristics文中研究的某型号轻型龙门铣床主要用于黑色金属或有色金属零件的平面加工，铣头配备灵活，可作高速铣削，还可带有冷却系统，以满足低速铣削的要求，机床精度和加工精度有良好的稳定性。

床身是整个机床的重要基础部件，其静、动态特性的好坏直接影响机床加工精度，因此必须具有足够的刚度。有限元分析是工程技术领域进行科学计算极为重要的方法之-，它利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，通过简单而又相互作用的元素(即单元)用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统，极大地缩短产品设计周期、降低试验成本。文中所使用的 ABAQUS是-套功能强大的工程模拟有限元软件 ，不仅能分析相对简单的结构问题 ，还能够驾驭规模庞大的问题和模拟高度非线性问题。

1 床身结构分析该型号轻型龙门铣床床身后段为刚性良好的铸铁结构，灰铸铁材料易于铸造，且切削加工性好，制造成本低，并具有良好的耐磨性和减震性，是传统的机床大件结构材料。导轨为 V型与平导轨的组合，具有良好的导向性和较高的承载能力。床身筋板呈人字形布置。运用 SolidWorks进行三维建模，模型如图1所示。

图 1 床身后段三维模型2 建立有限元模型三维模型中的-些尖角等细小特征会增大有限元分析计算量，甚至影响网格划分而无法求解，因此为在保证计算精度的前提下提高计算经济性，需要对原收稿 日期 ：2012-O1-04基金项目：贵州势技厅基金资助项 目 (黔科合 [2008]2210，[2009]3009，[2011]6017)作者简介：杨旭东 (1972-)，男，侗族，副教授，硕士研究生导师，主要研究方向为机械系统监测、诊断与控制，测控技术及仪器，机械制造及自动化。E-mail：yxd-gzu###163.com。