2加工中心立柱的静动态特性分析
机床的结构性能是保证机床具有一定的加工精度稳定性的基础  ，一台机床的基础结 构性能的好坏直接关系到其最终的加工精度、加工精度稳定性和切削效率等 。为了提高 其结构性能  ，除了合理配置机床的部件型式外  ，首先要求在设计上要保证其结构有良好 的静动特性性能 。当卧式加工中心处于工作状态时  ，会产生各种变载荷  ，导致机床产生 振动进而影响机床的精度和稳定性  ，这里首先对其静动态特性做相关分析 。
立柱联系床身和主轴箱  ，处于加工中心的中间位置  ，对其质量、抗振性能和刚度等 结构性能要求较高 。故本章主要以立柱为研究对象  ，对其进行静动态性能分析 。对于加 工中心的其他部件如床身、主轴箱等  ，也可利用此节所述思路来分析和优化  ，这里不再 赘述 。
2. 1加工中心立柱的静力分析
该卧式加工中心的立柱釆用整体铸造的形式  ，其在X方向的快速移动速度为 36m/min  ，竖直之后高1900mm、长890mm、宽794mm、顶板厚110mm、底板厚120mm  ， 左右侧壁厚度为155mm  ，重量为1400kg 。
分析立柱与其他主要部件的关系  ，主轴箱通过四个滑块和直线导轨正挂在立柱之 上  ，并通过滚轴丝杠传递的动力沿直线导轨在Y向作上下运动 。床身上也有两条直线导 轨  ，立柱底面通过导轨上的滑块与床身连接  ，可沿X轴方向左右移动 。虚拟装配图和实 际装配图分别如图2.2-a与2.2-b所示 。 -
结构的静力分析是指作用在结构上载荷是固定不变的  ，在这种情况下  ，进而计算结 构所受到的应力和产生的变形 。当然  ，一个结构只有在非常理想的情况下才会受到固定 不变的载荷  ，这里将随时间变化很缓慢的载荷也看作是固定载荷 。这样  ，在进行静力分 析时  ，除了约束载荷和重力载荷外  ，只需施加静力固定载荷
2.1.1加工中心的受力分析
加工中心的刀具通过对所加工的工件施加切削力进行切削过程  ，然后工件会对刀具 产生反作用力  ，刀具所受到的力通过刀柄、主轴和主轴箱（包括导轨上的四个滑块）传 递到立柱上 。为了更好的模拟立柱的受力变形  ，工件对立柱的作用力应该利用力的等效 原则将力传递到立柱导轨上 。根据高速卧式加工中心的受力特点  ，对其在钻孔和铣削两 种工况时的受力情况分别进行了分析 。
对该工序加工内容进行分析可知  ，该工序主要完成缸体的铣面和钻孔工作（图2.3)  ， 铣刀和钻刀均为硬质合金刀具 。这里利用切削力的功率估算方法对一把直径45mm,转 速400 r/min的铣刀进行铣削力计算 。对于电主轴来说  ，其最大功率为30Kw,由于没有 j9九游会平台传动功率耗散比较少  ，故令传动效率为0.98,则可得出实际切削效率为：
pc = TJPE = 0.98x30 = 29AKw (2-1)
已知刀具直径和转速  ，进而得到切向切削力也即主切削力：
分析可知  ，当主轴箱位于立柱导轨行程的不同位置时  ，切削力的杠杆率也不同  ，会 导致立柱的变形量产生变化 。这里取其在实际加工过程中（图2.4)最常用的工作位置  ， 即下滑块底面距离导轨地面600mm 。
2. 1.2加工中心的静力分析
首先利用CAD建模软件Pro/E对立柱结构进行三维建模  ，由于模型结构较为复杂  ， 将对立柱性能分析影响较小的一些特征如小倒圆角、螺纹孔、小凸台等省略去  ，这能够 避免接下来的有限元网格划分过程中出现错误  ，且节省计算时间 。
三维模型建完导入ANSYS分析软件中  ，对立柱进行材料属性定义（表2.1):
表2.1各部件的主要材料属性 Tab.2.1 Material properties of the parts