基于Pro/E的数控轴承内圆磨床磨头座有限元分析
发布时间：2013-06-26 浏览次数：643
李景涛
（洛阳风动工具有限公司，河南 471000）
1 工艺分析
（1）3MZ203D数控轴承内圆磨床是一种磨削轴承内圈内径的高精度磨床，用于磨削加工P4级精度的角接触球轴承、深沟球轴承。其中砂轮侧工作台部件的三维模型如1所示。套圈的磨削方式为：通过安装在高速旋转电主轴上的砂轮接杆带动砂轮高速旋转，往复运动的工作台带动砂轮沿套圈内孔轴向往复运动，轴承内圈自身在另一侧工作台的带动下径向进给，进行磨削内圈内孔。磨头座用来夹紧和支撑电主轴，在磨削状态下，支撑电主轴的磨头摩刚性对高速旋转的砂轮运转平稳影响很大，直接关系到轴承套圈Z终的加工精度。如果磨头座的刚性差，将导致所加工轴承内圈内径的尺寸超差、圆度超差。
（2）由于3MZ203D所加工P4级轴承平均内孔直径的变动量VdmpZ大值为0.004mm，如果在磨削状态下磨头座的受力Z大变形量超过0.002mm，将可能会使加工轴承内圈平均内孔直径的变动量Vdmp超出公差要求。在磨头座设计完成后，必须对其进行刚性分析，而传统的刚度计算采用材料力学的方法，计算工作量较大，随着CAE技术的发展，利用计算精度较高的有限元法对磨头座进行分析，把磨头座离散成为有限个单元，计算出每个单元的应力和应变，得出整个磨头座各部位的受力和变形的Z终结果，以此判断磨头座设计是否合理。
2 模型分析
（1）建立三维模型
在Pro/E中建立磨头座的三维实体模型，如图2所示。磨头座受轴向、磨削力、电主轴的自重、夹紧力、螺钉压力。
（2）建立有限元模型
通过离散化，将数学模型剖分成有限个单元体，这一过程叫做网格划分。离散化在视角上即是将几何模型划分成网格，是有限元设计分析的一个至关重要的步骤。磨头座网格模型如图3所示。
（3）进行有限元分析
①打开Pro/E程序，进入有限元界面。②根据材料的属性设置磨头座的材料属性。③约束定义：选取磨头座的底面，磨头座安装电主轴的内孔为约束面。④载荷定义：设置磨头座所受各力的大小，磨头座下部四个压紧螺钉产生的压紧力各600N；磨头座两个夹紧螺钉对开口处上部接触面的压力各600N、对开口处下部螺纹孔螺纹的托力各600N；电主轴自重100N，磨头座所受磨削过程中的轴向力约为300N，径向力约为160N 。⑤建立分析任务，进行数据的计算，分析结果如图4所示。
3 结语
（1）通过Pro/E软件的有限元分析，得出磨头座在3MZ203D数控轴承内圆磨床磨削轴承内孔时的变形分布和Z大变形量。Z大变形位置是磨头座夹紧处的侧面，Z大变形量为9.614×10-4mm；其中内孔和底面的变形量更小，远小于设计所要求的0.002mm变形量，磨头座刚性满足机床加工精度的需要。
（2）通过有限元分析得出的结论，为机床的进一步设计提供了理论依据。
来源：《金属加工（冷加工）》2011年05期
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