孙 伟 鲁 明 汪 博 闻邦椿

1.东北大学，沈阳，110819 2.沈阳机床（集团）有限责任公司，沈阳，110142

0 引言

现代数控机床研发过程中，迫切地需要在设计阶段就能够预知机床整机的动静力学特性，以便在设计阶段就能对机床的结构性能进行评价和性能优化。实现这一目标的关键是建立与实际物理结构相对应的分析模型，目前最常用的是有限元模型。精确建立机床有限元分析模型的关键在于对机床各结合部的模拟，包括螺栓结合部、轴承结合部和导轨结合部等。导轨结合部是数控机床重要的功能部件，由于该部件连接各向运动平台，如工作台和主轴箱，故其动静力学特性直接影响着机床的加工精度和加工效率［1］。

本文主要研究导轨结合部的有限元建模方法，分别利用假想材料和弹簧-阻尼单元创建了导轨结合部模型，在此基础上，将导轨模型引入到某立式加工中心立柱-主轴模型中，分别对该部件系统进行了静力学分析与模态分析，并将分析结果与不考虑导轨结合部特性的情况进行了对比。

1 机床导轨系统有限元建模

在进行导轨系统的有限元建模时，通常用实体单元创建滑块及导轨，而将滑块与导轨之间的结合面处理成不同的单元描述形式，常见的有假想材料［2-3］、弹簧-阻尼单元［4-5］、自创的结合面单元［6-7］、接触单元［8］等。其中假想材料法可以有效模拟导轨系统的静力学变形，而弹簧-阻尼单元可以有效模拟导轨系统的动力学特性，这两种建模方式得到了广泛的应用。……