王育荣，潘金坤，葛英飞

（南京工程学院 机械工程学院，南京 211167）

立柱是数控铣床的重要部件，承受来自切削力等各种载荷的作用。其刚性的好坏和动态性能的优劣对铣床的加工精度有很大的影响[1]。目前，对铣床立柱动态性能研究的方法主要是模态分析法，通过模态分析获取固有频率和振型，进行振动特性分析，并最终为结构设计和优化提供依据[2]。

本文基于有限元分析软件Abaqus，建立铣床立柱的有限元模型，对其进行强度和刚度的静态分析，同时对立柱进行模态分析，以期为其优化设计提供理论依据。

1 有限元静力分析

1.1 实体模型的建立

XK0830 数控铣床立柱选用Q235 钢板和方钢焊接成箱体结构，并在立柱和导轨两侧对称布置筋板，立柱通过螺栓和床身相连接。在真实反映立柱结构主要力学特性的前提下，对模型进行必要的简化。利用UG 建立的立柱实体模型如图1 所示。

图1 立柱的实体模型

1.2 有限元模型的建立

（1）选择单元类型

在分析中假设立柱箱体结构为线弹性体，把整个立柱作为连续体处理。用STEP 格式将实体模型导入到Abaqus 中，并采用四面体实体单元C3D10 进行网格划分[3]，节点总数为 26 906，单元总数为95 512。

（2）定义材料属性

Q235 材料的性能指标见表1，取安全系数n=1.5，则[σ] = σs/n=156.67MPa。

表1 材料机械性能参数

（3）位移约束条件

铣床立柱通过螺栓和床身相连接，因此在立柱底面施加Z 方向的位移约束，限制该方向的自由度；在螺栓孔的内孔面上施加X 和Y 方向的位移约束，限制两个方向的自由度。……