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主軸箱是高速立式加工中心最關鍵的受力部件，它的強度、剛度好壞將直接影響到加工中心的精度和壽命。若采用常規算法進行線性設計計算，則不易給出準確的計算結果，且無法了解主軸箱各部位的受力狀態和變形情況。導致的結果是增加了結構重量，浪費了材料，并且難以提高產品的設計質量和水平。隨著計算機與軟件技術的日益普及和應用，有限元分析等現代結構分析方法己受到工程設計人員的廣泛認同和采用，并取得了顯著的技術經濟效益。分析采用Ansys有限元軟件分析高速立式加工中心主軸箱，為優化方案選擇提供可靠的理論依據。
1、主軸箱有限元分析
高速立式加工中心主軸箱通過滾珠絲杠實現上下移動，所以在進行有限元分析時把絲杠和絲杠螺母裝配到主軸箱上，這樣分析的結果更加客觀地反映工作時此結構對加工精度的影響。
主軸箱主要材料HT300，在進行有限元分析時，對主軸箱加載力的大小不影響主軸箱的計算剛度，所以取高速立式加工中心工作時受三個方向力的大小分別為：Fx=Fy=100N、Fz=200N。四種類型的物理模型是在Solidworks中建立的，在導入Ansys之前，綜合考慮計算精度的影響及有限元模型的計算規模，根據圣維南原理，對部分局部特征如倒角、小孔等進行適當的簡化。
2、多孔筋主軸箱有限元分析
主軸箱、絲杠和絲杠螺母在Ansys中粘結成一個整體，考慮到主軸箱特征的復雜性，經反復試驗，選取6級精度、solid45單元對主軸箱、滾珠絲杠和絲杠螺母進行自由網格劃分。對主軸箱進行靜態分析時，關鍵是約束和力加載的位置及方向的選擇是否符合實際情況，這關系到有限元計算的精度，甚至影響到分析結果正確性。通過對此高速立式加工中心工作時的特點進行深入分析，約束主軸箱后壁上四個安裝滑塊面的x、y向的位移，約束絲杠上下表面的x、y、z向的位移。加工中心工作時，刀具的受力間接地傳遞給主軸箱，為了更好的模擬主軸箱的受力，分析采取在刀尖的空間位置上建立一質量點(單元類型為mass21)來模擬刀尖，把此質量點剛化到主軸箱安裝電主軸的下表面上，在此質量點上分別加載x、y、z三個方向的力。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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