〇引言

立柱底部安裝滑塊與床身上的導(dǎo)軌接觸，因此對 立柱與床身接觸部位施加固定約束，固定住其6個自 由度。工作時立柱承受復(fù)雜的空間載荷，主要包括其 自重、主軸箱、拖板及銑頭等配置的重量以及切削力對 立柱的作用，將立柱所受的各載荷轉(zhuǎn)換成集中載荷施 加在立柱上表面。

2靜力結(jié)構(gòu)分析

靜力結(jié)構(gòu)分析是指對其強度和剛度的分析，即對 應(yīng)力和位移變形的分析。通過靜力結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計人 員可以根據(jù)立柱在受力過程中的變形趨勢，為立柱的 后續(xù)優(yōu)化設(shè)計提供重要理論依據(jù)^[6]。

立柱靜剛度是衡量機床整體性能好壞的一個重要 指標，它因立柱的材料、尺寸大小、筋板的布置形式等 因素而不同。為使加工中心在加工零件時因切削力而 引起的機床變形以及因立柱的抗振性而引起的刀具變 形達到最小值，就要求立柱的靜態(tài)剛度足夠高^m。通 過靜態(tài)分析得出的4種立柱筋板結(jié)構(gòu)的位移量、合應(yīng) 力及質(zhì)量對比如表2所示。

表2    4種立柱筋板結(jié)構(gòu)位移量、合應(yīng)力及質(zhì)量對比

單從靜態(tài)分析所表現(xiàn)出的數(shù)據(jù)上可以看出蜂窩形 的筋板形式（結(jié)構(gòu)A)是這4種結(jié)構(gòu)中最好的：其最大 位移量只有10.036 ^m，主要發(fā)生在立柱頂部區(qū)域，其 最大應(yīng)力為1. 116 7 MPa，主要發(fā)生在導(dǎo)軌頂部區(qū)域， 這些區(qū)域較其他區(qū)域容易鐵的許用應(yīng)力240 MPa。具有蜂窩形筋析的立柱的位 移云圖和應(yīng)力云圖如圖4、圖5所示。

3模態(tài)分析

通過模態(tài)分析能夠知道結(jié)構(gòu)的固有頻率及振型， 這可以對結(jié)構(gòu)提供優(yōu)化指導(dǎo)以便提高加工質(zhì)量和效 率。_般來說，固有頻率有無限多個模態(tài)，但真正有實 際意義的只有低階模態(tài)，而高階模態(tài)在振動中起的作 用很小^[8]。在對立柱進行模態(tài)分析之前要對模型進行 網(wǎng)格劃分，劃分方法與靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析是_樣的。不加 載荷時4種筋板結(jié)構(gòu)的立柱在自由狀態(tài)下的前6階頻 率及振型見表3。對比發(fā)現(xiàn)：具有蜂窩形筋板的立柱 的動態(tài)性能最好，其1階頻率只有36. 309 Hz，是4種 筋板結(jié)構(gòu)中1階頻率最小的，說明蜂窩型筋板結(jié)構(gòu)最 適合此立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計。具有蜂窩形筋析的立柱的前6 階振型圖如圖6所示。

表3 4種立柱結(jié)構(gòu)的前6階頻率及振型                Hz