JKMG8330G机床支点位置的优化排布

作者:王玉琢 张宝田 点击数:15 发布时间:2019-11-07
根据床身允许的变形标准,可以选出合适的支点排布,并尽量将支点放在加强筋的交接位置。
JKMG8330G机床支点位置的优化排布

与中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所合作,江西杰克机床有限公司针对所开发的JKMG8330G机床,通过分析研究,对床身底座支点位置作了优化排布,如图1所示。

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图1 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(图中深黄色代表支点位置)

在分析研究中,主要的参考依据是床身设计图纸和相应的资料。机床主体材料的性能参数见表1。

表1 机床主体材料的性能参数

材料

弹性模量(MPa)

泊松比

密度(Kg/m3

铸铁

66178.1

0.27

7200

 

利用Abaqus 6.10有限元软件,对机床自重进行了分析。床身模型如图2所示,床身使用C3D4单元,有限元网格的划分如图3所示,分析中,考虑了大变形的几何非线性。

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图2 JKMG8330G机床床身底座

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图3 JKMG8330G机床床身底座有限元网格

首先,在主要考虑机床床身自重(未考虑床身上部的结构重量)的情况下,通过调节支点位置,来研究床身的变形情况,并通过分析,给出相对合理的支点支撑方式。

(1)在只考虑4个支点(如图4所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图5所示)。通过分析可以看出,在只考虑4个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.1377mm,最大变形位置主要出现在机床床身中部。

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4 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有4个支点)

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图5 4个支点情况下的机床变形云图

(2)在只考虑6个支点(如图6所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图7所示)。通过分析可以看出,在只考虑6个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.1171mm,最大变形位置主要出现在机床床身中部。

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图6 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有6个支点)

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图7 6个支点情况下的机床变形云图

(3)在只考虑8个支点(如图8所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图9所示)。通过分析可以看出,在只考虑8个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.03855mm,最大变形位置主要出现在机床床身中部。

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图8 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有8个支点)

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图9 8个支点情况下的机床变形云图

(4)在只考虑10个支点(如图10所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图11所示)。通过分析可以看出,在只考虑10个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01847mm,最大变形位置出现在如图11所示的深蓝色区域。

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图10 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有10个支点)

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图11 10个支点情况下的机床变形云图

(5)在只考虑12个支点(如图12所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图13所示)。通过分析可以看出,在只考虑12个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01572mm,最大变形位置出现在如图13所示的深蓝色区域。

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图12 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有12个支点,排布1)

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图13 12个支点(排布1)情况下的机床变形云图

(6)在只考虑14个支点(如图14所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图15所示)。通过分析可以看出,在只考虑14个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01254mm,最大变形位置出现在如图15所示的深蓝色区域。

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图14 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有14个支点)

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图15 14个支点情况下的机床变形云图

(7)在只考虑16个支点(如图16所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图17所示)。通过分析可以看出,在只考虑16个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.00901mm,最大变形位置出现在如图17所示的深蓝色区域。

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图16 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有16个支点)

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图17 16个支点情况下的机床变形云图

上述分析可以看出,支点布置的越多,对机床床身变形的控制就越好。但在现实中,通常希望用最少的支点来将床身的变形量控制在合理的范围内。

下面,在主要考虑机床床身及床身上部结构自重的情况下,通过调节支点位置,来研究床身的变形情况,并通过分析,给出相对合理的支点支撑方式,计算模型如图18所示。

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图18 JKMG8330G机床主要结构图

(1)在只考虑4个支点(如图19所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图20所示)。通过分析可以看出,在只考虑4个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.1745mm,最大变形位置主要出现在如图20所示的深蓝色区域。

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图19 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有4个支点)

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图20 4个支点情况下的机床变形云图

(2)在只考虑6个支点(如图21所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图22所示)。通过分析可以看出,在只考虑6个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.1500mm,最大变形位置主要出现在如图22所示的深蓝色区域。

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图21 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有6个支点)

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图22 6个支点情况下的机床变形云图

(3)在只考虑8个支点(如图23所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图24所示)。通过分析可以看出,在只考虑8个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.05546mm,最大变形位置主要出现在如图24所示的深蓝色区域。

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图23 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有8个支点)

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图24 8个支点情况下的机床变形云图

(4)在只考虑10个支点(如图25所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图26所示)。通过分析可以看出,在只考虑10个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.02535mm,最大变形位置主要出现在如图26所示的深蓝色区域。

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图25 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有10个支点)

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图26 10个支点情况下的机床变形云图

(5)在只考虑12个支点(如图27所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,并找到最大变形位置(如图28所示)。通过分析可以看出,在只考虑12个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.02018mm,最大变形位置主要出现在如图28所示的深蓝色区域。

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图27 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有12个支点)

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图28 12个支点情况下的机床变形云图

(6)在只考虑14个支点(如图29所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图30所示)。通过分析可以看出,在只考虑14个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01755mm,最大变形位置主要出现在如图30所示的深蓝色区域。

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图29 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有14个支点)

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图30 14个支点情况下的机床变形云图

(7)在只考虑16个支点(如图31所示)的情况下,通过有限元分析,给出此种工况条件下的机床整体变形情况,找到最大变形位置(如图32所示)。通过分析可以看出,在只考虑16个支点的情况下,机床床身最大变形量可达0.01523mm,最大变形位置主要出现在如图32所示的深蓝色区域。

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图31 JKMG8330G机床床身底座支点位置排布(只有16个支点)

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图32 16个支点情况下的机床变形云图

综合上述分析,根据床身允许的变形标准,可以选出合适的支点排布,并尽量将支点放在加强筋的交接位置。