基于SolidWorks的卧式加工中心导轨设计验证一体化研究

一、虚拟样机的建模

    1.三维实体建模

    卧式加工中心是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。卧式加工中心的主轴处于水平状态，通常带有可进行分度回转运动的正方形工作台。一般具有3至5个运动坐标，常见的时三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，它能使工作在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。一般具有分度工作台或数控转换工作台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。

    以某型号的卧式加工中心为例，采用2011三维CAD软件对卧式加工中心的工作台床身等主要部件进行三维建模，然后根据结构特点和功能要求，对各个部分的模型进行装配，再结合分析需要，将部件调整到合适的初始位置。

    2.分析工况

    图1 工作台床身结构图

    如图所示，分析模型由床身，底座，两条滚动导轨，两条滑动导轨，一个工件组成，工件模型放置在工作台中间，工件长度10000mm，宽度2500mm，假设较正常的工况，即床身受力均匀，故根据需要将工件处理为均匀的长方体，设置工件密度使得重量为50t，工作台由外侧左右两条滚动导轨和内侧左右两条滑动导轨（图中绿色部分）支撑。

    3.分析平台

    Simulation是一个与完全集成的设计分析系统。 Simulation提供了单一界面解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析、优化分析、非线性分析、高级振动分析。是一种界面友好、操作简便的CAE软件。

二、有限元分析

    1.边界条件

    根据实际工况在2011中设定工作台及床身的材料为HT300，根据厂商样本查得滑动导轨和滚动导轨两种导轨材料属性。工件材料自定，保证工件整体重量为所需的50t。为床身底座定义固定约束。全局的接触设置为接合，单独设置导轨和工作台接触面组为无穿透，即较真实的将导轨接触的两个面看成是两个部分。外部载荷设置为竖直向下的引力，即只考虑重力。因为分析目标是导轨面的应力，故网格控制设置将导轨和工作台接触面网格大小设置为20mm，比率1.5，共计189935个单元。

    2.静力学分析

    对于不同的工况，根据工作台表面放置工件形状不同，导轨宽度不同，有限元分析结果也存在很大差异。根据所提出的边界条件进行静力学分析可以得出部件的应力、应变、位移图解。