本文介紹了基于Pro/MECHANICA的機床工作臺拖板的有限元建模和分析過程渐仓，并將分析結(jié)果與常用的通用有限元分析軟件ANSYS的分析結(jié)果進行了比較熔淘。通過比較得出結(jié)論：有限元工程師完全可以利用Pro/MECHANICA軟件實現(xiàn)實體建模和有限元計算的無縫集成，并且能夠保證有限元分析的計算精度悄慨，提高設(shè)計工程師的工作效率饼痘。

　　一、引言

　　機床支承件(如床身车管、立柱全僧、拖板等)是機床的基礎(chǔ)部件，起著承受力和容納各種零部件作用还桶。支承件的動態(tài)性能直接影響到加工工件的精度和生產(chǎn)效率公杰，所以要求設(shè)計出的機床支承件必須具有足夠的動、靜態(tài)剛度溯鱼。

　　長期以來，國內(nèi)外機床支承件一般采用經(jīng)驗設(shè)計屹堰，但為了保證機床具有良好的動肛冶、靜態(tài)性能，并盡可能減輕其重量，就要進行精密的理論計算睦袖。機床支承件結(jié)構(gòu)復雜珊肃，至今尚未找到一種精確的方法來計算其動態(tài)性能。但隨著計算技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用馅笙，工程師可以依靠數(shù)值方法給出近似的伦乔、較令人滿意的答案。目前董习，在諸多方法中烈和，用有限元建立機械系統(tǒng)動力分析的數(shù)學模型已成為其理論建模中最重要的方法。盡管有限元法還屬于一種近似計算方法皿淋，對于一些結(jié)構(gòu)復雜招刹、受力情況和阻尼情況復雜的支承件來說計算精度并不是很高，但它對于計算支承件動態(tài)性能仍是一種最有效的方法窝趣。目前疯暑，用它來計算一般復雜程度的支承件的動態(tài)性能，完全可以得到較為滿意的計算結(jié)果茫绅。

　　這里將利用美國PTC開發(fā)的有限元軟件盅格，Pro/MECHANICA對機床支承件中的拖板進行有限元分析，計算出該零件的固有頻率和振型咳综，為分析拖板的表面振動響應(yīng)作必要的準備鞭碳，也為機床拖板、床身湃纸、立柱等支承件的設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)庸垢。

　　二、當前常用的有限元分析軟件及其特點

　　目前對機械零件進行有限元分析一般采用通用有限元分析軟件犀掸，如ANSYS呀逃、MARC等。它們擁有豐富完善的單元庫棒冠、 材料模型庫和求解器钾植，并且具有相對獨立的前、后處理模塊型肥，可以獨立完成多學科泛鸟、多領(lǐng)域的工程分析問題。其缺點是前處理模塊中的幾何建模功能不強踊东，無法完成復雜模型的建模北滥，因此降低了結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的可信度。一些流行的三維設(shè)計軟件卻具有極強的幾何模型的建模功能闸翅，如Pro/ENGINEER再芋、UG和CATIA等菊霜。這些三維設(shè)計軟件可以完成一些復雜的幾何模型的建模工作。為了克服通用有限元分析軟件建模功能較弱的缺點济赎，當前普遍采用軟件間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換鉴逞，即采用三維設(shè)計軟件進行精確的三維建模，通過標準數(shù)據(jù)接口將模型以IGES司训、DXF或STEP格式讀入到通用有限元分析軟件中构捡，然后通過該軟件進行精確的計算。

　　在模型轉(zhuǎn)換過程中常常會出現(xiàn)一些問題壳猜，特別是將一些復雜模型轉(zhuǎn)換到有限元軟件后也會出現(xiàn)一些面和線的丟失勾徽、無法對模型中的一些特征進行網(wǎng)格劃分等問題。所以在模型轉(zhuǎn)換后党滓，要花費大量的時間和精力在有限元軟件中進行幾何模型修補工作矗赔，這必然導致模型的不一致且增加了工作量。雖然一些有限元軟件開發(fā)出了完善的數(shù)據(jù)接口狠楞，可以精確地將CAD平臺上生成的絕大部分幾何模型導入到有限元軟件中坦浦，但是兩種軟件的同時使用對設(shè)計平臺的軟硬件提出了更高的要求，會大大增加一些中小企業(yè)的經(jīng)濟負擔盲并。

　　通過對各種有限元軟件的對比分析我們發(fā)現(xiàn)怔赤，Pro/MECHANICA可以實現(xiàn)與Pro/ENGINEER的完全無縫集成，該軟件可以直接利用Pro/ENGINEER生成的幾何模型進行有限元分析吻悍。由于Pro/ENGINEER具有強大的參數(shù)化功能分较，那么在Pro/MECHANICA中就可以利用該優(yōu)點進行模型的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計。具體地說囚上，當模型的一個或多個參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時南垦，求解出滿足一定設(shè)計指標(如質(zhì)量最小、應(yīng)力最小等)的最佳幾何模型痰拢。

　　三跛鸵、機床拖板有限元模型的建立和計算

　　建立幾何模型這里分析的是一臺數(shù)控高速銑齒機床的X方向的拖板。該機床用于對大模數(shù)资柔、大直徑齒輪的粗加工焙贷。由于該拖板結(jié)構(gòu)較為復雜，所以選用Pro/ENGINEER軟件進行三維實體建模贿堰。

　　定義材料屬性

　　機床拖板是機床支承件中的重要部件辙芍，其在工作時承受工作臺和工件的巨大壓力，必須具有較高的強度羹与，所以材料選為灰鑄鐵HT250故硅。根據(jù)相關(guān)資料，HT250的質(zhì)量密度為7340纵搁；彈性模量為1.55e11吃衅；泊松比為0.27跳仿。

　　在菜單管理器【零件】中依次單擊【設(shè)置】→【材料】命令選項，并在其中定義上述材料屬性捐晶。

　　定義約束

　　拖板在導軌上滑動，導軌約束了拖板Z方向的移動和繞X、Y軸的轉(zhuǎn)動。絲杠座約束了拖板Y方向的平移级嘀，拖板和導軌之間的壓板限制了拖板X方向的平動和繞Z方向的轉(zhuǎn)動关翎。

　　在MEC STRUCT菜單中選擇Constraints→New→Surface，在系統(tǒng)彈出的定義對話框中定義以上的各個約束碉哑。

　　劃分網(wǎng)格

　　在MEC SRTUCT菜單中選擇MESH菜單選項進行網(wǎng)格的定義和劃分，并對劃分網(wǎng)格的質(zhì)量進行檢查，不符要求的網(wǎng)格將在有限元網(wǎng)格模型中以紅色顯示出來菊舅。　　

建立分析任務(wù)如癌，進行有限元計算

　　在MEC STRUCT菜單中選擇Analyses/Studies舆滞，在系統(tǒng)彈出的Analyses and Design Studies對話框中選擇File→New Modal...，彈出模態(tài)分析任務(wù)定義對話框顿墨，在此對話框中設(shè)定分析任務(wù)后進行分析計算服讯。

　　四、機床拖板有限元模態(tài)分析結(jié)果

　　對機床拖板有限元模型的求解稼孤，一般不需要求出振動系統(tǒng)的全部固有頻率和振型授灵，由于低階模態(tài)對振動系統(tǒng)的影響較大，因此本文僅計算了前三階模態(tài)扇述。同時藏亲，為了驗證有限元軟件Pro/MECHANICA用于機床零件模態(tài)計算的的正確性，本文另外采用了當前流行的通用有限元分析軟件ANSYS對機床拖板進行有限元模態(tài)計算匪煌，計算出前三階固有頻率和振型责蝠，并與Pro/MECHANICA的計算結(jié)果進行了比較。

　　五虐杯、結(jié)論

　　本文通過對機床拖板的有限元動力學模型的模態(tài)分析玛歌，算出了該機床零件的前三階固有頻率和振型。通過振型和動畫顯示可以很直觀地分析機床拖板的動態(tài)性能擎椰，并且找到零件的薄弱環(huán)節(jié)支子，為機床支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。

　　本文在分析了通用有限元的一些缺點的基礎(chǔ)上达舒，提出了采用Pro/MECHANICA有限元分析軟件對拖板進行模態(tài)分析的想法值朋，并通過它實現(xiàn)了實體建模和有限元分析計算的無縫集成，提高了有限元分析工作的效率巩搏。通過與ANSYS軟件的計算結(jié)果進行比較昨登，我們發(fā)現(xiàn)Pro/MECHANICA有限元模態(tài)計算結(jié)果也具有足夠的計算精度趾代。這為其他的機床支承件的設(shè)計提供了新的方法。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)丰辣，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享撒强，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責，也不構(gòu)成任何其他建議滥港。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布鸠头、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺换蛔，不為其版權(quán)負責诱价。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片孽强、文字如涉及作品版權(quán)問題涧俐，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容氮妆，以保證您的權(quán)益偶村！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。