立式加工中心作為制造業(yè)中一個重要的加工設(shè)備，具有高效率，高加速度，高精度等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用 在航空、航天、汽車工業(yè)、模具、大型復(fù)雜零件制造等諸 多領(lǐng)域［1 － 3］。隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對加工設(shè)備的性能要求越來越高，為了實(shí)現(xiàn)高速立式加工中心的高加速度、高精度等特點(diǎn)，加工中心本身必須具備良好的 剛度。機(jī)床靜剛度是指在靜態(tài)載荷作用下，機(jī)床抵抗變形的能力，其決定著機(jī)床的加工精度［4］。測試靜剛度可以采用實(shí)驗(yàn)法，王晶晶對龍門數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵結(jié)合面的靜剛度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為結(jié)合面法向靜剛度的深入研究提供了新的途徑［5］; 寸花櫻等對機(jī)床主軸系統(tǒng)的靜剛度進(jìn)行了分析與實(shí)驗(yàn)研究，證明該有限元模型的準(zhǔn)確性，得出了其軸向靜剛度存在一定的非線性［6］。隨著應(yīng)用數(shù)學(xué)、現(xiàn)代力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，有限元法的計(jì)算精度不斷提高，廣泛應(yīng)用于機(jī)床性 能測試［7］。張建潤等利用有限元法對五坐標(biāo)龍門式加工中心進(jìn)行了靜動態(tài)分析，并提出優(yōu)化方案［8］。何強(qiáng)等建立了加工中心皮帶軸的有限元模型，對其進(jìn)行熱態(tài)特性研究，在其溫控范圍內(nèi)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［9］。
本文以某機(jī)床為研究對象，應(yīng)用有限元法對其進(jìn)行靜態(tài)性能分析，得到了整機(jī)靜剛度，并進(jìn)行了整機(jī)靜 剛度實(shí)驗(yàn)測試，驗(yàn)證了有限元分析結(jié)果。
1 立式加工中心的結(jié)構(gòu)組成
立式加工中心主要由主軸箱、立柱、工作臺、滑座、 床身、床身底座等幾大部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。
本次研究參照某型號實(shí)體機(jī)床，測量主要零部件尺寸，根據(jù)圣維南定理，簡化了其一些細(xì)小結(jié)構(gòu)， 通過 solidworks 軟件分別建立了其各部分結(jié)構(gòu)三維模型。