２００９年第１０期

・工艺与装备・

图ｌ主轴箱的简化模型

７４００ｋｇ／ｍ３，弹性模量为１４５ＧＰａ，泊松比为０．２６¨一１。

由于主轴箱结构比较复杂，故选用实体单元进行

分析。网格划分是其中关键的一个步骤，网格划分的

好坏直接影响到解算的精度和速度。网格太疏计算精

度低，得不到预期的结果，网格过于密集不但将大大延

长计算时间，而且所得结果并无实质性的变化。本文

对图ｌ中的主轴箱进行网格划分，节点数为２１６１２个，

单元数为６８９８８个。

边界条件是有限元计算中的关键冈素，包括部件

的约束条件、刚性位移等因素，要根据主轴箱实际工作

状态进行仔细分析。图ｌ中主轴箱的边界条件取与立

柱左侧导轨相接触的箱体背面为全约束，与滚珠丝杠

连接处为全约束，如图２所示。

加载情况是有限元分析的前提，必须明确零件工

作时的最大承受载荷，才能精确计算零件的静态刚、强

度。机床主轴箱中有许多复杂机构，如果把这些装配

起来并用有限元进行分析会导致模型非常复杂，增加

计算时间。主轴箱所承受的作用力主要有加工工件时

的切削力、主轴箱的重力、重锤的拉力、滑枕的压力、后

尾桶的作用力等。施加载荷后的状况如图２所示。

图２主轴箱加载有限元模型

３计算结果以及分析

３．１

静力分析＂刮

经过有限元软件计算，主轴箱体受载后的Ｖｏｎ

Ｍｉ—

ｓｅｓ应力计算结果如图３所示，可以看出主轴箱的应力

最大值７．９Ｍｐａ，发生在主轴箱与滑枕接触面上，大部

分在３．９６Ｍｐａ以下。ＨＴ３００的强度极限为２５０ＭＰａ，远

远满足强度要求，说明材料抵抗破坏的能力还具有较

大的潜力，现有设计趋于保守，还可以进行合理的结构

优化，减轻主轴箱重量。图４显示了主轴箱受载后的

总变形等值线图，结构总变形位于０．０１９２ｍｍ～

０．０２８８ｍｍ，最大值约为０．０３８１ｍｍ，最大变形位于滑枕

与主轴箱接触的左端，结构的总变形较小，能满足在一

定承载条件下产品具有较高的加工精度。

图３节点等效应力Ｖｏｎ ｍｉｓｅｓ等值线图

图４节点结构总变形等值线图

３．２模态分析‘７】

通过有限元软件可以进行主轴箱的模态分析，计

算结构的固有振动特性，确定结构的固有频率以及振

型。本文计算中利用Ｂｌｏｃｋ Ｌａｎｃｚｏａ法，用一组向量来

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万方数据