基于PROE和ANSYSWorkbench的臥式加工中心回轉(zhuǎn)座結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

1、基于pro/e和ansys workbench的臥式加工中心回轉(zhuǎn)座結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化楚文龍李英杰蔣君平沈陽機(jī)床(集團(tuán))冇限責(zé)任公司沈陽110142摘要：運用pro/e對某型號臥式加工中心冋轉(zhuǎn)座進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用ansys workbench對影響工作臺精度的重要零件，即液壓夾緊缸的夾緊力對冋轉(zhuǎn)座的夾緊情況進(jìn)行 分析，得到回轉(zhuǎn)座受力的變形云圖和應(yīng)力云圖，找出回轉(zhuǎn)座的薄弱位置，修改pro/e模型， 對薄弱位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，利用ansys workbench與pro/e的聯(lián)動功能，采用改進(jìn)后最優(yōu) 的參數(shù)，確認(rèn)優(yōu)化結(jié)果。關(guān)鍵詞：冋轉(zhuǎn)座結(jié)構(gòu)設(shè)計ansys workbench pro/e中圖分類號：tg548

2、文獻(xiàn)標(biāo)識碼：adesign and optimize for rotary tables of horizontal machiningcenters on the pro/e and ansys workbench chu wenlong yingjie djiang junpingshenyang machine tool(group) co.,ltd shenyang 110142abstract： use pro/e design the modeling of exchangeable rotary tables of machining centers, then make sta

3、tic analysis by finite element analysis software ansys workbench on the most important part of the table. the result shows the deformation and the strain distributing diagram of the table under its work circumstances. then optimize the thickness and the width of the weakness of the table, then contr

4、ast the deformation and the strain distributing of the two, and choose a better one finally change the parameter in proe by ansys workbench use the better one.keywords: rotary tables design ansys workbench pro/e回轉(zhuǎn)工作臺是臥式加工中心不可缺少的重耍功能部件之一,該部件不但能固定重大加工 零件，還可以實現(xiàn)零件的回轉(zhuǎn)運動，另外這種結(jié)構(gòu)通常還配有工作臺交換裝置。其優(yōu)點是： 可以擴(kuò)大機(jī)床的加工

5、范圍，實現(xiàn)一次裝夾后對工件多個面進(jìn)行加工，并可以縮短加工中的輔 助時間和提高加工效率。冋轉(zhuǎn)座是冋轉(zhuǎn)工作臺的核心零件，是滑座和工作臺的鏈接零件，它 即可以隨滑座做直線運動，也可以帶動工作臺做冋轉(zhuǎn)運動。當(dāng)機(jī)床處于直線運動和機(jī)械加工 時，需耍用液壓缸對凹轉(zhuǎn)座進(jìn)行夾緊，為防止夾緊力使丄作臺產(chǎn)生變形，需要對回轉(zhuǎn)廉結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以提髙其剛性。ansys workbench是一個將cad軟件和cae軟件進(jìn)行無縫鏈接的研發(fā)平臺。它已經(jīng) 不僅僅滿足于為使用者捉供一個用于分析計算的工具，更多的是應(yīng)用于研發(fā)領(lǐng)域，為企業(yè)綜 合應(yīng)用各種cad和cae軟件提供了全新的平臺，稱為協(xié)同仿真環(huán)境。在此環(huán)境下，可以 很好的實

6、現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計、分析、優(yōu)化和試驗的協(xié)同管理，使設(shè)計人員、分析人員、試驗人 員和管理人員在一個平臺上實現(xiàn)對各軟硬件及數(shù)據(jù)等資源的共享與交流，極人的提高了設(shè)計 研發(fā)的效率。本文將應(yīng)用ansys workbench對pro/e建模的回轉(zhuǎn)廉進(jìn)行分析。1可交換回轉(zhuǎn)工作臺的模型的建立由于工作臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以采用pro/e對其進(jìn)行三維建模，可交換冋轉(zhuǎn)工作臺是由床 身、滑座、轉(zhuǎn)座、工作臺、交換站臺等五個基木部分組成（如圖1）。床身為基礎(chǔ)人件，其 上面安裝有百線導(dǎo)軌，滑廉帶動回轉(zhuǎn)廉和工作臺在床身百-線導(dǎo)軌上做直線運動，回轉(zhuǎn)魔帶動 工作臺可實現(xiàn)360°的回轉(zhuǎn)運動，交換站nj以實現(xiàn)工作臺交換。圖1可交換冋

7、轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)模世2關(guān)鍵部位有限元受力分析及優(yōu)化設(shè)計加工過程中工作臺處于靜止?fàn)顟B(tài)，影響精度的主耍因素存在于在滑座與回轉(zhuǎn)座的聯(lián)接部位（如圖2）,該聯(lián)接由5個液壓夾緊缸實現(xiàn)，夾緊缸z間的角度為60° ,由于需要女裝用于 冋轉(zhuǎn)驅(qū)動的渦輪蝸桿，所以1號與5號汕缸z間的角度為120° （如圖3）。工作過程中液壓 缸的夾緊力會造成冋轉(zhuǎn)座產(chǎn)生局部變形，而裝配過程中為保證工作臺的加工精度要求冋轉(zhuǎn)座 頂端平面與丄作臺滑動導(dǎo)軌的平行度小于0.01mm,要求回轉(zhuǎn)魔頂面變形暈小于0.005mmo交換站本文將対滑座和回轉(zhuǎn)座的五個聯(lián)結(jié)夾緊結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下對回轉(zhuǎn)座平面和導(dǎo)軌的影響 情況進(jìn)行分析，通過程序接

8、口將建好的三維模型導(dǎo)入到ansys workbench中，為了能很好 劃分不規(guī)則形狀的網(wǎng)格，本文采用有二次方位移的solkl92單元，其有限元模型共有310656 個單元，534695個節(jié)點，網(wǎng)格如圖4所示，分析中對滑座的底而施加i古i定約束。冋轉(zhuǎn)座的 受力大小為液壓缸油壓與液壓缸活塞的面積的乘積，其中油缸活塞氏徑為0.155m,液壓油 壓力位6x 10'pa：f=3.14 x (0.155/2)2 x(6x 106)= 113400n從而得到夾緊機(jī)構(gòu)的受力為113400n。在有限元模型中對五個夾緊活塞施加夾緊力后進(jìn)行受 力變形分析。圖4回轉(zhuǎn)座模型的有限元網(wǎng)格模型靜態(tài)分析表明結(jié)構(gòu)在靜力

9、條件下的性能。由分析得到的位移圖5和應(yīng)力圖6知：冋轉(zhuǎn)座 臺面的最大變形為0.0039mm,導(dǎo)軌上的最大變形為0.0029mm,回轉(zhuǎn)廉和導(dǎo)軌面之間變形 后的最大變形差為0.0039mm；回轉(zhuǎn)座受力分析的應(yīng)力云圖如圖6所示。t»t<lunit 9anwte i2010-12-18 15 s3d. <975- 532.323551.2w5e-52.6665r-61.99161.如"6.63c?*-7llestic streia （vrlho”）11tim !2010-12-18 15:53圖6應(yīng)力云圖圖5位移云圖凹轉(zhuǎn)座是凹轉(zhuǎn)工作臺最重要的部分，工藝上一般對凹轉(zhuǎn)座的平面

10、度耍求為0.005,因為 回轉(zhuǎn)座內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以一般的改進(jìn)都希望不做較大的結(jié)構(gòu)改動，只通過關(guān)鍵尺寸的微調(diào) 達(dá)到目標(biāo)?；剞D(zhuǎn)座的變形是由于受到的夾緊力引起的，所以與夾緊活塞接觸的環(huán)形結(jié)構(gòu)和夾 緊汕缸的位置是導(dǎo)致冋轉(zhuǎn)座產(chǎn)生變形的關(guān)鍵部位。為了提高冋轉(zhuǎn)懈的受力性能，在不影響其 它零件的詢提下，結(jié)構(gòu)中將環(huán)形結(jié)構(gòu)的厚度h增加10mm,將環(huán)形槽底部結(jié)構(gòu)的寬度b增加10mm,為了減小局部受力變形尺寸過人，保持1號汕缸的位置不變將5個汕缸之間的角度 a山原來的60°增大為65° ,從而減小3號與4號油缸之間的大空隙（如圖3）。在同等受力 及邊界條件下進(jìn)行笫二次受力分析。通過改變結(jié)構(gòu)后的受力

11、變形云圖（如圖7）可以看到：上平面變形最大尺寸為0.0017mm, 導(dǎo)軌面的最人變形量為0.0011mm,與改變結(jié)構(gòu)z前比變形量明顯減小；改變結(jié)構(gòu)丿齊應(yīng)力云 圖如圖8所示。通過與詢而的云圖對比可以知道，改變結(jié)構(gòu)厲應(yīng)力集中的情況明顯優(yōu)于原有 結(jié)構(gòu)。t«tcl d«foraati»atype total6.472te-70 binunit r12010-12-18 15 so42.80251.24ot.-5 -i.2«n<-5 38 6»ie-61.4oote-61.009a-60.000135tt *>0 000101956皿tlla

12、ntie stratatypt igvivtl(ronhiit»t) lltttic straintie* i2010-1*-x8 15350 oop0 700 (r )0.30s 812<«-e5畑“2 out"1 3625丁0 too s)0 3500 0001. 1mt«-12 bib 圖7改變結(jié)構(gòu)后變形云圖圖8改變結(jié)構(gòu)后的應(yīng)力云圖3結(jié)論本文対臥式加工中心的可交換回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計進(jìn)行了介紹。通過采用有限元法，在用pro/e準(zhǔn)確建立三維模型的慕礎(chǔ)上，根據(jù)回轉(zhuǎn)工作臺的實際情況，利用ansys workbench與pro/e軟件的聯(lián)接功能，進(jìn)入有限元分析平臺，通過選擇合適的網(wǎng)格，對模 型進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分，進(jìn)而對冋轉(zhuǎn)工作臺的關(guān)鍵受力部件冋轉(zhuǎn)座進(jìn)行了受力分析，獲得了 回轉(zhuǎn)座在夾緊狀態(tài)下的變形以及受力分布情況，并通過改變相應(yīng)薄弱環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)使得結(jié)構(gòu)變 形跟受力都有了很大的改善，分析結(jié)果表明，改變結(jié)構(gòu)后的回轉(zhuǎn)座受力變形滿足設(shè)計耍求, 其剛度能