ANSYS在立式加工中心结构优化设计中的应用

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随着机械工业、电子工业等突飞猛进的发展，数控机床特别是立式加工中心在得到广泛应用。结构设计关系到立式加工中心的刚度、工艺、寿命、成本等众多因素。立式加工中心通常采用两种配重方式，配重块和油压配重。油压配重具有结构尺寸小等优点，但是成本较高。故大部分采用配重块的配重方式，此方式用的支撑架大体上有两种结构。本文就此两种结构通过有限元分析软件ANSYS来分析其优缺点，对加工中心的结构设计具有一定的意义。

1. 方案制定

支撑架一般锁在立式加工中心的立柱顶面上。支撑架上前后各开一个一定尺寸的孔，以便安装轴，轴上安装深沟球轴承、轴用挡圈及链轮。链条一头连接主轴箱，另一头连接配重块，在前后两个链轮上往复运动。效果图及尺寸图，方案一分别如图1、图3所示；方案二分别如图2、图4所示。

2. 零件分析

从结构上讲，方案一的支撑架重量为41kg，底面接触面积为500mm×80mm=40 000mm2，采用单边支撑轴端的方法；而方案二的支撑架重量为19kg，底面接触面积为205mm×50mm=

10 250mm2，采用双边支撑轴端的方法。

从工艺上讲，方案一比方案二好。方案二除了要保证2个大孔f40mm的公差精度，还要保证2个小孔f25mm与其同轴度要求。

从力学上讲，方案二比方案一好。在同等载荷下（本支撑架用于850立式加工中心，配重块和主轴箱约各重5 000N），方案二为两端支撑，作用力由两边支撑孔共同受力，且方案二由作用力产生的弯矩也比方案一的小，所以方案二比方案一的受力情况好。

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