ANSYS树脂矿物复合材料数控精密磨床床身结构设计和工作特性研究(2)
1.2 国内外研究现状
1.3 课题研究内容
本课题要求设计一种精密磨床的床身结构，辅以几个机床零部件的设计。再对树脂矿物复合材料床身进行有限元静力学分析和模态分析，并与传统的铸铁材料床身的动态特性进行对比，验证树脂材料作为机床床身材料时的优越性。
1.3.1 要解决的问题：
（1）在满足精密磨床结构设计要求的基础上，结合树脂矿物复合材料的特性，设计典型树脂矿物复合材料精密磨床的床身结构，所需考虑的机床功能部件包括：导轨、传动箱、输送装置、工件和刀具支架的固定，以及润滑和冷却装置和电线管路的布置。
（2）对所设计的床身进行动静态特性的有限元分析，并将其与铸铁材料的床身性能对比。
（3）完成床身三文实体结构图、零部件的二文工程图和床身结构的模态特性分析。
1.3.2 拟采用的研究手段：
（1）先查阅机床设计手册，参照磨床床身的一般结构设计方法及设计要点，根据题目要求确定床身结构的总体方案设计和结构参数设计。
（2）用SOLIDWORKS绘制床身三文图，初步了解ANSYS软件的使用，分析树脂矿物复合材料床身结构的动静态特性，并与传统铸铁材料床身的动态特性进行比较。
（3）用AUTOCAD绘制部分机床部件的二文图。
2 数控外圆磨床结构设计
2.1 磨床设计要求
(1）机床主轴最高转速：7000r/min；
(2）工作台X/Y/Z轴行程（mm）:1050/900/750；
(3）工件最大回转直径（mm）:φ500,最大长度（mm）:φ750；
(4）床身抗压强度160～210MPa,抗弯强度40～50 MPa；
(5）床身导轨面变形≤3μm/4000mm；
(6）床身整机质量要求：≤8000kg。
2.2 外圆磨床结构概要
随着机床技术及机电一体化技术的发展，机床的结构已经日趋简单化。数控机床上伺服电机的使用使得机床的设计工作量大大地减少了，设计难度也相对降低了不少。诸如普通机床所必须配备的传动箱等相对复杂的结构件，在数控机床的设计中一般是不需要考虑的。其中，万能外圆磨床结构如图2.1所示。
图2.1 万能外圆磨床结构
磨床结构概述：
（1）床身：为机床各个功能部件的安装、定位服务。磨床床身一般为箱型结构，这样床身的质量比较小，刚度也足够大。
（2）工作台：工作台与下导轨组装在一起，在固定在床身上的滑动导轨上运动。工作台上要安装头架和尾架用于定位和夹紧待加工的工件。
（3）砂轮架：其上安装砂轮，由单独电动机带动作高速旋转。
（4）头架：用于定位与夹紧工件，主轴前端一般可安装卡盘。
（5）尾架:尾架的顶尖与头架的卡盘配合，使工件的夹紧更可靠。尾架在工作台上的位置可根据工件长度进行调整，尾架可在机床工作台上沿滑动导轨运动。
2.3 部分磨床部件的设计
本课题要求进行部分机床零部件的设计，主要设计的零部件有床身、导轨、工作台、滚珠丝杠机构。
2.3.1 床身的设计
床身作为机床的基础大件，它对整机的加工质量将产生决定性的影响。床身的设计应该满足以下几个要求：
（1）床身的静刚度要好，就是说在承受载荷时，床身在某一方向的变形不能超过设计要求规定的值。
（2）动态性能要好，即床身的固有频率应该避免加工时产生的激振载荷的频率，这一点对机床的加工质量而言尤为重要。
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