基于有限元分析的旋压切割机框架结构可适应设计.pdf

论文分类代码：01 基于有限元分析的旋压切割机框架结构 可适应设计 陈永亮，褚巍丽，徐燕申, 杜玉明 (天津大学机械学院，天津 300072 E-mail：ylchen_tju@ ） 摘要：介绍了旋压切割机总体结构布局和组成。用有限元法对现有机床结构 进行了静、动态性能分析，指出结构设计中存在的问题和薄弱环节。基于功能与 结构独立的原则，并在最大程度的重用原有方案的可适应思想下提出了改进设计 方案形成切割机的产品族。最后对几种方案的静动态特性做了比较。 关键词：可适应性；旋压切割机； 有限元法 1 引言 [1] [2] 旋压切割机是利用旋压技术 来切断压缩机壳体的一种设备。文献 阐述了 旋压工艺的机理以及旋压技术的发展。 目前国内大多数旋压设备都是针对旋压 成形类加工[3]。本文将旋压技术应用于切断类的加工。 在旋压切断过程中，旋压刀具与工件接触面积小，单位压力大，这就要求旋 压设备具有良好的静动态性能以保证加工精度 并增加设备的结构强度与刚度。文献[ ]讨论了 应用有限元方法( FEM) 进行数控机床结构部件 静动态设计以及对滑枕的结构进行改进。本文 在对机床的改进过程中， 2 机床总体结构 图 1 旋压切割机的整体结构简图 1-平行杆机构 2-减速器 3-电动机 4-床身 机床的整体装配图如图1。平行杆机构1一端 5-支撑滚轮进给机构 6-压缩机 通过四销孔与床身连接。减速器2安装在平行杆 7-旋轮进给机构 8-气缸 9-支架 10-垫板 11-升降丝杠 12-安装盘 13控制箱 机构上。电动机3与减速器连接。安装盘12与减速器连接。垫板10焊接在床身上， 垫板上焊接了支撑滚轮机构5与旋轮进给机构7的支架9，两支撑滚轮与旋轮对称 布置，彼此之间呈120度夹角。图中状态为切割四支脚大压缩机时旋轮开始切入 壳体表面，这种情况下不需要安装高度调节盘。 旋轮进给机构7前端与压缩机接触的旋轮为切削刀具。支撑轮进给机构5前端 与压缩机接触的零件为滚轮，两滚轮机构降低了切割过程中压缩机与刀具的偏 移，使切割过程稳定。 3 整机与部件有限元分析 对切割机整机及主要部件进行静态有限元分析，检查切割机是否满足静态强 度和刚度的要求，并发现结构中的薄弱环节与过剩环节。通过对切割机的动态分 析检查切割机的结构动态刚度是否满足要求并发现切割机结构上的不合理性以 作改进。 采用APDL(Ansys参数化设计语言)建立旋压切割机有限元模型，建模时忽略 对结构整体性能影响很小的零部件，简化后的有限元模型如图3 。 选用板单元Elastic Shell ( shell63) ，材料为Q235钢；杨氏模量：2.06×1011 Pa； 泊松比:0.3；密度:7.8×103 3 kg/m 。 3.1 整机分析 等效滚压点 1 等效切削点 3.1.1 静态分析 根据实际情况，将切割机床身下方与地面接触 等效滚压点 2 的方形板材底面约束，并对等效切削端面与滚压端 面加的均布载荷 6241N，见图 3。经过分析，得出 切割机切削点与滚压点各个方向的变形量如表1。