基于Solidworks的机床横梁有限元模态分析

    笔者公司近期研发的一款机床，采用工作台固定不动，X/Y轴使用十字滑台的结构。在加工过程中，刀具在XYZ三个方向运动，从而可以实现三轴高速运动，同时工作台可以承载大的负荷。

    为了保证机床具有良好的动、静态性能，并尽可能减轻其重量，就要进行精密的理论计算。这里将利用对机床支承件中的横梁进行有限元分析，计算出该零件的固有频率和振型。

    一、当前常用的有限元分析软件及其特点

    目前对机械零件进行有限元分析一般采用通用有限元分析软件，如ANSYS、MARC等。它们拥有丰富完善的单元库、 材料模型库和求解器，可以独立完成多学科、多领域的工程分析问题。其缺点是几何建模功能不强，无法完成复杂模型的建模，需要通过标准数据接口将建好的模型导入，然后进行计算。但是在模型转换过程中常常会出现一些问题，特别是复杂模型导入后会出现一些面和线的丢失、无法对模型中的一些特征进行网格划分等问题。所以在模型转换后，要花费大量的时间和精力在有限元软件中进行几何模型修补工作，这必然导致模型的不一致且增加了额外的工作量。

    是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，并且集成了CAE模块，可以直接对其生成的几何模型进行有限元分析。由于具有强大的参数化功能，那么在有限元分析中就可以利用该优点进行模型的优化设计。

    二、机床横梁有限元模型的建立和计算

    1.建立几何模型(如图1)

    图1

    2.定义材料属性

    机床横梁是机床支承件中的重要部件，其在工作时承受十字滑鞍、滑枕和主轴头的巨大压力，必须具有较高的强度，所以材料选为灰铸铁HT300。根据相关资料，HT300的质量密度为7300；弹性模量为1.43e11；泊松比为0.27。

    在模型树中右键单击模型名称，在弹出的菜单中点击【材料】→【编辑材料】命令选项，并在其中定义上述材料属性。

    3.定义约束和载荷

    进入Simulation模块，建立新算例。右键单击夹具，因横梁是固定在底座上，所以设定横梁底面为固定面。

    装配线轨，线轨和装配面之间定义为刚性连接，在线轨的滑块面上施加载荷，负载25000N，并叠加重力载荷。