将光栅尺安装在滑鞍中间时,会导致中间结构产生空隙,降低滑鞍结构刚性,因此对滑鞍结构进行有限元分析,验证滑鞍结构是否满足设计要求。
3.1静力学分析
根据设计要求滑鞍材料为QT600,取剪切模量1.7×10^5MPa,泊松比0.27,密度7300kg/m³。对X轴滑鞍施加重力,固定滑鞍下面的滑块安装面,初级电机施加向下的重力1308N,滑鞍上面导轨滑块安装面施加向下主轴箱、B轴箱体总体重力15597N,滑鞍上面施加向下的Y轴导轨重力658N,电机座安装面施加向下Y进给轴的重力1379N,对滑鞍施加Y轴加速等效力15285N,初级电机施加水平加速等效力16765N,边界条件设置如图5所示。

基于SolidWorks2023建立初始滑鞍三维模型并进行网格划分。根据机床实际运行过程中添加约束与载荷,求解运算后得出静力学分析结果[10]。分析结果如图6所示。

通过分析结果得出最大变形为5.567×10^-3mm,位于滑鞍Y轴电机座的安装面。其中导轨安装面变形量分别为6.154×10^-4、7.768×10^-4、-6.177×10^-4、-7.809×10^-3mm。最大应力为12.567MPa,位于滑鞍下面滑块安装面与侧基面交汇处,符合设计要求。
3.2滑鞍模态分析
可以通过Ansys Workbench中模态分析模块对初始滑鞍模型进行模态分析,首先对模型进行网格划分,设定滑鞍下面的滑块安装面为固定支撑,运算完成后对数据进行提取处理[11],前十阶频率数值见表2。

通过对初始滑鞍的静力学分析以及模态分析,获得了其最大变形、最大应力、振型以及各阶的频率值,结果均符合设计标准。但初始滑鞍的质量过大,其最大应力值为12.567MPa,远小于QT600材料的屈服强度370MPa。可见该结构设计偏于保守。因此,可对其进行拓扑优化,从而得出最优的材料分配方案[12]。
2026-08
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