畢業(yè)論文設(shè)計---DK7745高速走絲電火花線切割機(jī)床整機(jī)設(shè)計

1、畢業(yè)論文（設(shè)計）-dk7745高速走絲電火花線切割機(jī)床整機(jī)設(shè)計 四川大學(xué) 碩士學(xué)位論文 dk7745高速走絲電火花線切割機(jī)床整機(jī)設(shè)計 姓名：程明 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：機(jī)械工程 指導(dǎo)教師：羅陽;蔣國金 20070501 四ji 大學(xué)碩士學(xué)位論文 dk7745高速走絲電火花線切割機(jī)床整機(jī)設(shè)計 機(jī)械制造專業(yè) 研究生：程明 指導(dǎo)教師： 羅陽 摘要 電火花線切割機(jī)床是具有中國特色的一種電加工機(jī)床，線切割技術(shù)自誕生 以來，就獲得了迅速的發(fā)展，逐步成為一種高精度和高自動化的加工方法廣泛 地應(yīng)用于模具加工工業(yè)。 電火花線切割機(jī)床分高速走絲線切割機(jī)和低速走絲線切割機(jī)兩種。國外 生產(chǎn)的主要是低速走絲線切割機(jī)

2、，技術(shù)已經(jīng)很成熟，加工精度、自動化程度比 較高，但費用昂貴，不適合中小企業(yè)用戶的需求。而國內(nèi)生產(chǎn)的主要是高速走 絲線切割機(jī)，高速走絲線切割機(jī)最大切割效率及最佳表面粗糙度與低速走絲線 切割機(jī)相比有較大差距。其最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且在普通工件加工 中具有很高的適應(yīng)性，在我國得到廣泛地應(yīng)用。為縮小與低速走絲線切割機(jī)的 技術(shù)差距，滿足工業(yè)產(chǎn)品零件大型化和精度的不斷提高要求，快速、大型、精 密、大厚度切割等都是高速走絲線切割機(jī)床今后的發(fā)展方向。不斷提高電火花 加工機(jī)床的可靠性、繼續(xù)降低電極損耗、進(jìn)一步簡化操作、提高自動化程度及 降低機(jī)床成本，也是電火花加工機(jī)床的發(fā)展方向。為此，高速走絲線切割機(jī)床

3、 應(yīng)在機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、數(shù)控系統(tǒng)方面、數(shù)字脈沖電源、加工參數(shù)的優(yōu)化、 多次切割工藝的應(yīng)用進(jìn)行研究，以及計算機(jī)軟件的不斷改進(jìn)來提高機(jī)床的整體 加工性能。 論文在理論和實踐中的主要研發(fā)工作包括： 1 dk7745電火花線切割機(jī)床整機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計思想，設(shè)計dk7745高速走絲線切割機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)，為實 現(xiàn)系統(tǒng)功能設(shè)計相應(yīng)的功能模塊。 2 dk7745電火花線切割機(jī)床整機(jī)各部件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究 針對系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能，深入研究線切割機(jī)床整機(jī)各部件系統(tǒng)開發(fā)的 關(guān)鍵技術(shù)和方法。 捅要 3 系統(tǒng)實現(xiàn) 在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)的各模塊有機(jī)地結(jié) 合成一個整體，實現(xiàn)d

4、k7745高速走絲線切割機(jī)床的良好運行。 4 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 出的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的有限元結(jié)構(gòu)分析方法非常適合中小企業(yè)，不僅可以進(jìn)行強(qiáng)度 校核，而且通過分析計算結(jié)果可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝優(yōu)化。 論文對dk7745型電火花線切割機(jī)床切割實驗作了分析說明，結(jié)果證明，本 次開發(fā)的dk7745型電火花線切割機(jī)床在各項指標(biāo)上達(dá)到了設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞： 機(jī)床設(shè)計， 高速走絲電火花線切割機(jī)床， 機(jī)械系統(tǒng)， 電氣系統(tǒng)， 計算機(jī)控制系統(tǒng)，有限元分析 2 ofdk7745 electrical design h訕一speed discharge machillemacnme wliecu伽g wi一cu蛐g(shù)

5、mechallicalm speciany a11_娟弒uring lu0 y鋤g chengming supervisor postg豫duate abshct isakind n啪ericalof control electrical machine wirecutting disch唱e has chinesecharacteristic gainrapid machine淅th ， wirecuttingtechnique mould hasbeen usedfor sinceits invented，tllistecque widely developmentbeing a alld

6、 manufacturingprocess high-precisionhighautomation processingindust巧as 黟adually intotwo isclassified electrical machine groups： wirecuning discha瑪e inventedand wedmand began wedm，lowspeed、vedm、vas highspeed lowspeed in of country，technologicaldevelopment masspmductingforeign are than t11e ofautomati

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8、 roughnesshi幽speed andlow arethe it stmcture viirtue，and for wedm，itssimple price great highspeed itcanbe usedin order callshow widely china，in manufacturingflexibility，so good theneeds ofsizeand toshortenthe them，meeting large technologyg印between with wedm la唱esize， ， e衢ciencyhighspeed products，hig

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10、duction forhi曲speedfor 3 壘皇!塑壁 一 studiesonseveral deep importantparts，including ofthewhole improvement mechallical control stnlcture，numerical systems，digtalpulsesupply，theoptimization of of processpar鋤eter，me a11d application repeatedlycuttingtechnologycomputer sorwaretoimproveperfomance wedm ofhig

11、h-speed the and creativeideasoftlle areas m血job paper follows： wholestructure ofdk7745 wedm 1 t11e designing k曲speed stnlcture appling design thevmolestmctureofdk7745 thought，design the functionall hi曲一speedwedm，design torealizethe corresponding modularit r 如nctionof system 2 t11ekey researcherofdk7

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13、y to realizethe ofthe goodoperation system ofthe stmcture 4 mechanicalanalysiskey formechailical ofmachine a ailalysis stlllcture，t11is methodof p印erprovides feawhichissuitableforsmall andmediumsized cosmosworks ente印riseswith insoliworks sorware ，fea canbenot used to the technique only analyze buta

14、lso stmctureaild intensity optimize tecllologybycalculationand ajlalysis this thetestfor andt11e paperanalyze result memachine machinability proves achievesall index、vehad for expected wbrds： ofthemaclline key design t001， mechanical highspeedwedm， system，electrical control fea system，computersystem

15、s， 4 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 尸聲 明明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含 其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得四川大學(xué)或其他教育機(jī) 構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作過的同志對本研究所做的任何 貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 本學(xué)位論文成果是本人在四川大學(xué)讀書期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下取得的，論文成 果歸四川大學(xué)所有，特此聲明。 學(xué)生 班妮 時間 迎z 翩 璺 時間殄刁r 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論 11概述 電火花線切割機(jī)床是具有中國特色的一種電加工機(jī)床，線切割

16、技術(shù)自誕生 以來，就獲得了迅速的發(fā)展，逐步成為一種高精度和高自動化的加工方法廣泛 地應(yīng)用于模具加工工業(yè)，成型刀具、難加工材料及精密復(fù)雜零件的加工制造。 隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，在強(qiáng)大市場需求的拉動下，我國模具工業(yè)得到 快速發(fā)展。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，1996年至2002年模具工業(yè)總產(chǎn)值年均增長14， 2003年增長25，模具生產(chǎn)總值逾60億美元，位居世界第三。現(xiàn)代模具工業(yè) 是技術(shù)密集型，資金密集型產(chǎn)業(yè)，機(jī)械、汽車、電子通訊、家電、石化、建筑 等國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應(yīng)，為其提供生產(chǎn)保證。 而模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出的高精度，高復(fù)雜程度，高一致性，高生產(chǎn)率和低消 耗是其它加工制

17、造方法所不能比擬的，模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造 水平的重要標(biāo)志之一。電火花線切割機(jī)床作為模具工業(yè)的主要裝備之一，隨著 模具工業(yè)的快速發(fā)展，電火花線切割機(jī)床的產(chǎn)量得到很大提升，目前我國電火 花線切割機(jī)床的年產(chǎn)量約為4萬臺左右【l】【2】。 12國內(nèi)外動態(tài) 電火花線切割機(jī)床分高速走絲線切割機(jī)和低速走絲線切割機(jī)兩種。國外生 產(chǎn)的主要是低速走絲線切割機(jī)，比較知名的機(jī)床生產(chǎn)公司有瑞士的 charmilles， agie，日本的sodick及三菱電機(jī)等公司，而國內(nèi)生產(chǎn)的主要 是高速走絲線切割機(jī)。 121國外動態(tài) 據(jù)介紹目前低速走絲線切割機(jī)切割加工，由于采用新的高效電源與工藝措 u 施，最高加工速度

18、已達(dá)到325350唧2min，加工精度達(dá)±2m，加工表面粗糙 度ra03um。三菱電機(jī)公司稱，在加工速度325姍2min時能穩(wěn)定加工；國 內(nèi)低速走絲線切割機(jī)床加工速度與國外相比還有差距，如蘇州沙迪克三光公司 1緒論 mm2min。 低速走絲線切割機(jī)在去離子水中加工，加工件容易氧化銹蝕、產(chǎn)生變質(zhì)層 和顯微裂紋等，降低了加工表面的硬度和使用壽命，為此各公司推出了不同形 式的無電解脈沖電源，該電源為交變的電壓波形，消除了陽極氧化作用，提高 了加工表面質(zhì)量，其變質(zhì)層極淺，沒有顯微裂紋，加工表面粗糙度ralpm， 模具使用壽命提高153倍。日本沙迪克公司的線切割機(jī)超高頻精加工電源 supper

19、pika w ，其超短脈沖的峰值電流達(dá)幾百安培，加工表面粗糙度ra 004um。 為解決低速走絲線切割機(jī)高速和高精度加工的矛盾，瑞士夏米爾公司推出 粗絲和高峰值電流進(jìn)行高速切割；精加工用01冊細(xì)絲，用精規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行高精 度和低粗糙度切割，兩套走絲系統(tǒng)各自獨立，粗加工完成后，自動斷絲 燒斷 ， 換精加工系統(tǒng)再穿絲，整個過程45秒完成，使用一個導(dǎo)向器，據(jù)介紹加工效率 所迪蒙機(jī)電新技術(shù)公司也推出了km25型雙走絲系統(tǒng)機(jī)床，粗加工用鉬絲進(jìn)行快 走絲往復(fù)加工，精加工采用銅絲在慢走絲系統(tǒng)進(jìn)行單向慢走絲加工，能多次切 u 割，加工精度o01咖，粗糙度ral6m。雖然雙走絲線切割機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 機(jī)床投資增加510

20、，但效果明顯，可以很快得以回報。 沙迪克公司最早在電火花成型機(jī)床上采用了直線電機(jī)驅(qū)動，在2001年第 七屆北京國際機(jī)床展覽上，推出了aq550l性直線電機(jī)驅(qū)動的低速走絲線切割機(jī) 床，由于直線電機(jī)驅(qū)動與主軸為同一個零件，無絲杠聯(lián)接，無反向間隙，移動 準(zhǔn)確，實現(xiàn)了高響應(yīng)和高跟蹤，以及高精度位置控制，防止了斷絲，能保持最 佳放電狀態(tài)的穩(wěn)定加工，提高了放電效率和加工精度，并克服了線切割加工中 的表面條紋。國外低速走絲線切割機(jī)床的自動控制功能強(qiáng)、控制內(nèi)容豐富，輸 入?yún)?shù)越來越簡捷，都有專家系統(tǒng) 智能控制或模糊控制 。它包含對加工條件 自動選擇和編程，自動找垂直、自動穿絲，在切割中斷絲再處理，切割異常時

21、加工參數(shù)和加工條件再修改等等，操作者僅輸入工件材料、切割厚度、加工形 狀尺寸、粗糙度等，自動生成加工電規(guī)準(zhǔn)和工藝，自動完成加工f3】f4】【5】【61。 低速走絲線切割機(jī)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，加工精度、自動化程度比較高， 占領(lǐng)很大的國際市場，但費用太高，不適合中小企業(yè)用戶的需求。 2 嬰型查蘭堡主竺垡笙莖 122國內(nèi)動態(tài) 我國也是較早研究電火花線切割加工方法的國家之一，幾乎在低速走絲 線切割機(jī)誕生的同時，我國也研制出自己獨創(chuàng)的高速走絲線切割機(jī)。高速走絲 線切割機(jī)的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉且在普通工件加工中具有很高的適 應(yīng)性。雖然，這類機(jī)床精度低、自動化程度相對低速走絲線切割機(jī)床也低得多， 但機(jī)

22、床價格便宜，適合中小企業(yè)用戶的需求，特別是個體私營企業(yè)的需求。快 走絲線切割機(jī)是我國獨創(chuàng)的電加工設(shè)備，經(jīng)過近30年的發(fā)展，已成為我國產(chǎn)量 最大、應(yīng)用最廣泛的機(jī)床種類之一。據(jù)粗略統(tǒng)計，目前快走絲線切割機(jī)年銷量 逾4萬臺，銷售額約為16億元，說明此種機(jī)床是符合我國國情的。我國目前國 內(nèi)快走絲線切割機(jī)能達(dá)到的最大切割效率為120脅2min，最佳表面粗糙度值 ral6。與慢走絲線切割機(jī)相比，在這兩項指標(biāo)上有較大差距。但它結(jié)構(gòu)簡單， 生產(chǎn)成本和使用成本低廉、在切割大厚度工件及大錐度工件上保持競爭優(yōu)勢。 目前快走絲線切割機(jī)不僅成為模具制造的重要工藝手段，而且躋身于精密零件 加工和特殊材料加工領(lǐng)域，發(fā)揮著不

23、可替代的重要作用。 隨著產(chǎn)量的不斷增加，生產(chǎn)企業(yè)的增多，近年反映突出的是機(jī)床制造質(zhì) 量存在較多問題，明顯表現(xiàn)是加工精度保持性差及表面質(zhì)量降低。為滿足產(chǎn)品 發(fā)展及激烈市場競爭的要求，模具制品在性能，質(zhì)量，外觀，生產(chǎn)效率等方面 對模具加工提出了更高要求，許多有資金實力的企業(yè)為提升企業(yè)裝備水平，傾 向于購買高質(zhì)量高檔次設(shè)備。根據(jù)近兩年的市場反映，一些價格便宜的低端經(jīng) 濟(jì)性機(jī)床銷量大減，更多顧客選擇有品牌，性能質(zhì)量好的產(chǎn)品【71。 13電火花線切割加工原理及機(jī)床基本結(jié)構(gòu) 高速走絲電火花線切割加工 簡稱hswedm 是一種應(yīng)用廣泛的特種加 工方法。它是通過線狀工具電極與工件間的相對運動，對工件進(jìn)行脈沖放

24、電， 利用電極之間的放電蝕除金屬，從而形成零件輪廓。電極絲以一定的速度移動， 不斷進(jìn)入和離開放電區(qū)域，在電極絲和工件之間噴射液體介質(zhì)，排除放電蝕除 的金屬，保證良好的間隙狀態(tài)。因此只要有效地控制電極絲相對于工件的運動 軌跡和速度，就能切割出一定形狀和尺寸的工件。 1緒論 131線切割加工原理 電火花加工是一種利用電極間脈沖放電所產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行加工的 方法。加工時通過浸在工作液 電介質(zhì) 中的工具電極和工件問的多次火花放 電，增加工件的蝕除量，使工件達(dá)到一定的尺寸精度和表面粗糙度要求。電火 花腐蝕的微觀過程是熱 表面熱源 和力 電場力、磁場力、熱力、流體動力 等綜合作用的過程。這一過程可分成

25、：形成放電通道 擊穿放電 ；工件表面實 現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換 電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬在局部范圍加熱至熔化或氣化；電蝕產(chǎn) 物拋出放電間隙 消電離 等三個連續(xù)階段。 電極的微觀表面是凹凸不平的，兩電極間離得最近的尖端處電場強(qiáng)度最高， 這樣就會在強(qiáng)場最大的地方產(chǎn)生場致電子發(fā)射，由陰極表面逸出電子。在電場 作用下，極間的介質(zhì)電離并導(dǎo)致雪崩式增多，介質(zhì)迅速被擊穿，形成放電通道。 這時，電極間隙的電阻按很復(fù)雜的規(guī)律從絕緣狀態(tài)變到幾乎短路狀態(tài)，放電通 道的電流很大，又因放電通道受到放電時磁場力和周圍液體介質(zhì)的壓縮，其斷 面很小，所以放電通道的電流密度極大。由于電子、離子劇烈運動高速碰撞， 產(chǎn)生大量的熱，電極間隙內(nèi)沿

26、通道形成一瞬時熱源，通道中心溫度高達(dá)10000 。在熱源作用區(qū)的電極表面很快被加熱到熔化，直至氣化的溫度。通道中氣 體密度從中心向邊緣增加，通道瞬時壓力可達(dá)上百個大氣壓，并隨放電時間的 增加而迅速下降。放電過程伴隨有熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)、光效應(yīng)、聲效應(yīng)和波長 范圍很寬的電磁波輻射與爆炸沖擊波等。由于爆炸力、電動力和流體動力綜合 作用的結(jié)果，把熔化或氣化的金屬 電蝕產(chǎn)物 排至放電間隙外，其大部分拋 入液體介質(zhì)而冷卻。冷卻后的電蝕產(chǎn)物由于表面張力和內(nèi)聚力的作用形成細(xì)小 的圓球顆粒，大部分落入液體介質(zhì)中，有小部分則相互飛濺或覆蓋包容在兩極 表面上【8】【9】【10】。 圖卜1線切割加工原理圖 4 嬰型奎

27、蘭嬰主竺垡堡莖 電火花線切割加工時，在電極絲和工件之間進(jìn)行脈沖放電。如圖卜1所 示，工件接脈沖電源的正極，電極絲接脈沖電源的負(fù)極。為了確保電極絲和工 件之間產(chǎn)生的是火花放電而不是電弧放電，必須使兩個電脈沖之間有足夠的間 隔時間，使放電間隔中的介質(zhì)充分消除電離，即使放電通道中的帶電粒子復(fù)合 為中性粒子，恢復(fù)本次放電通道處間隔中介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，避免在同一處發(fā)生 電弧放電。一般脈沖間隔時間應(yīng)為脈沖寬度的4到10倍。為了保證電火花放 電時電極絲 鉬絲 不被燒斷，必須向放電間隙注入大量工作液，以使電極絲 得到充分冷卻。同時電極絲在加工區(qū)必須作高速直線運動以避免電極絲局部位 置火花放電而被燒斷。電極絲線速

28、度一般都控制在911ms左右，高速運動 的電極絲還有利于將工作液帶入放電間隙區(qū)從而將電蝕產(chǎn)物從間隙中帶走。 電火花線切割加工時，在電極絲和工件之間進(jìn)行脈沖放電。對圖12所 示，電極絲接脈沖電源的負(fù)極，工件接脈沖電源的正極。當(dāng)間隙小于放電間隙， 間隙間來一個脈沖時，在電極絲和工件之間產(chǎn)生一次火花放電，蝕除一部分金 屬。加工的同時向間隙沖電介液，帶走蝕除產(chǎn)物保證間隙消電離，要想再一次 放電，必須移動工件保持間隙到放電間隙。通常認(rèn)為放電間隙6在o0l毫米 左右。因此，線切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)最根本的作用就是保證工件以合適的進(jìn)給速 度和進(jìn)給量移動，使電極絲和工件之間的間隙在正常放電間隙狀態(tài)【11】【12】。

29、 132機(jī)床基本結(jié)構(gòu) 高速走絲線切割機(jī)床由四部分組成，分別為：機(jī)床機(jī)械部件，機(jī)床電器， 微機(jī)控制系統(tǒng)，脈沖電源。高速走絲線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)如圖卜2所示 本文以 成都無線電專用設(shè)備廠的機(jī)床為例 。在線切割加工中，工件裝夾在機(jī)床工作臺 上，隨著工作臺一起運動。當(dāng)切割二維零件時，電極絲不動而工件隨工作臺運 動，即x，y軸運動；當(dāng)切割三維零件時，電極絲和工件均參與運動，即x， y，u，v四個軸運動。 5 1緒論 鉬絲 上絲點 圖1-2線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu) 14電火花線切割機(jī)床關(guān)鍵零部件的有限元分析 141cae概述 cae即計算機(jī)輔助工程，指工程設(shè)計中的分析計算與分析仿真。通用的cae 軟件可對多種類型的工

30、程和產(chǎn)品的物理學(xué)性能進(jìn)行分析、模擬、預(yù)測、評價和 e1ement 優(yōu)化，以實現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新。cae技術(shù)種類很多，包括有限元法 finite element method，fem 、邊界元法 boundary difference method，fdm 等。每種方法各有其應(yīng)用領(lǐng)域，其中有限元法應(yīng)用 的領(lǐng)域越來越廣，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電 路學(xué)和電磁學(xué)等四【141。cae技術(shù)在機(jī)床結(jié)構(gòu)件設(shè)計中的應(yīng)用主要有如下兩個方 面： 1 結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，分析計算結(jié)構(gòu)件各部位應(yīng)力分布及位移變化； 2 結(jié)構(gòu)件的運動模擬仿真； 142線切割機(jī)床關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件有限元結(jié)構(gòu)分析 檢驗工序在

31、機(jī)床零件制造及裝配過程中居于非常重要的地位。常規(guī)的檢驗 6 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 包括破壞性檢驗和非破壞性檢驗兩大類，而每一大類包括許多具體的檢驗方法， 這些檢驗方法通常是進(jìn)行實物試驗。有限元法是一種數(shù)值分析方法，在計算機(jī) 模擬結(jié)構(gòu)件參數(shù)最優(yōu)化的研究中，有限元法是最主要的武器，有限元分析方法 在結(jié)構(gòu)件運動模擬和尺寸參數(shù)最優(yōu)化中具有獨特的作用。這就是：只要通過少 量驗證試驗證明有限元分析方法在處理某一問題上的適用性，那么大量的篩選 工作便可由計算機(jī)進(jìn)行，而不必再進(jìn)行大量的試驗工作，這就大大地節(jié)約了人 力、物力和時間，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益【15】。 本論文研究的問題是采用有限元法分析線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)件

32、在使用過程中的 強(qiáng)度和性能，也就是在試驗條件不具備的條件下，用有限元結(jié)構(gòu)分析方法代替 常規(guī)的結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能檢驗的各種具體試驗方法。在設(shè)計機(jī)床構(gòu)件時，靜載情 況下必須進(jìn)行靜強(qiáng)度計算，動載情況下必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。對于簡單的構(gòu) 件，可以采用材料力學(xué)公式和相應(yīng)的強(qiáng)度理論進(jìn)行手工計算，校核其靜強(qiáng)度或 疲勞強(qiáng)度。但是對于復(fù)雜的機(jī)床結(jié)構(gòu)件，如果采用常規(guī)的計算手段校核其強(qiáng)度， 計算過程將非常復(fù)雜，并且計算結(jié)果不可靠，有時常規(guī)的校核方法并不可行， 這就要求采用一種實際可行的計算方法。有限元結(jié)構(gòu)分析方法可以對構(gòu)件的工 作情況進(jìn)行模擬，并可以建立構(gòu)件的實體模型，通過有限元結(jié)構(gòu)分析獲得各處 的應(yīng)力以及構(gòu)件變形。通

33、常結(jié)構(gòu)件的工作狀況以靜載為主，在本文的第三章將 要討論機(jī)床結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析問題。 143有限元分析原理 element 有限元分析fea finite 子計算機(jī)求解結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)力學(xué)特性等問題的數(shù)值解法。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的動力學(xué) 分析中，利用彈性力學(xué)有限元法建立結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型，進(jìn)而可以計算出結(jié)構(gòu) 的固有頻率、振型等模態(tài)參數(shù)以及動力響應(yīng) 包括響應(yīng)位移和響應(yīng)應(yīng)力 。由于 有限元法具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)以及計算格式規(guī)范統(tǒng)一等優(yōu)點，所以在短短50 多年間已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、宇航航空、汽車、船舶、土木、核工程及海洋工程 等許多領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的一種重要工具。特別是隨著電子計 算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和軟、

34、硬件環(huán)境的不斷完善以及高檔計算機(jī)和計算機(jī)工作站的 sap等 可用，從而為有限元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計中的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了更為良 7 1緒論 好的條件。 有限元分析的基本思路是【14】【15】： 1 把很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)拆分為若干個形狀簡單的單元，這些單元一般要小到 可以用簡單的數(shù)學(xué)模型來描述特性參數(shù)在其中的分布，這一步驟稱為離散； 2 通過對單元的研究來建立各特性參數(shù)之間的關(guān)系方程，這一過程稱為 單元分析，在彈性力學(xué)中，單元分析的任務(wù)是：建立聯(lián)系應(yīng)變與節(jié)點位移分量 的方程，建立聯(lián)系應(yīng)力與節(jié)點位移分量的方程，同時研究單元的節(jié)點力與節(jié)點 位移之間的關(guān)系，以及把作用在單元中間的外載荷轉(zhuǎn)化成節(jié)點載荷； 3 在單元分析基礎(chǔ)上，利用平衡條件和連續(xù)條件，將各個單元拼裝成整 體結(jié)構(gòu)，對整體在確定邊界條件下進(jìn)行分析，從而得到整體的參數(shù)關(guān)