基于SolidWorks的型材切割机滑套建模与有限元分析

0 引言

    高温超薄型材切割机是一种结构简单、操作方便、生产效率高，且能够应对特殊型材的高精度自动切割设备。它的主要作用是实现对热剪炉中挤压成型的易变形高温（450℃以上）超薄铝型材的同步跟踪和定长切割。目前该设备主要用于机械、建筑、电力电子等行业，厚度在0.3~0.8mm的高温薄型型材加工。是一款基于Windows开发的三维CAD/CAE/CAM 软件，是目前市场上主流的三维设计软件之一。该软件更加实用、绘图功能优秀、界面友好、操作简单，它的出现带动了三维机械开发软件前进的脚步。

    本文以某公司的高温超薄型材同步切割机为例，用及其自带的Simulation插件，对高温超薄型材同步切割机中的关键零件滑套进行有限元静态和模态分析。为以后进一步进行高温超薄型材切割机其他零部件和整机的有限元分析做准备。

1 切割机工作原理及滑套三维建模

    根据热剪炉和薄型铝型材的加工工艺要求，高温超薄型材切割机的主体设计为台式结构，为实现全自动切割过程，其机械结构主要由机架、工作进给和切割进给三大部分组成，具有结构布局简单、操纵便利等特点。

    其工作原理如下，工作进给部分由液压马达带动齿轮齿条机构实现运动，通过变频器控制电动机平稳运转，行程开关的设置实现行走部分的精准定位；切割进给部分由液压系统实现顺序动作进行切割，液压缸控制锯片纵向移动完成切割过程，很好的实现了对型材的同步追踪和定长切割功能。采用西门子S7-200型PLC作为控制系统核心，控制电气与液压回路，实现对设备的机电液一体化控制，且能够进行手动与自动控制的选择，有效应对生产过程中的生产控制要求

    采用建立滑动套筒的三维实体模型，在建立模型过程中对模型进行了简化，忽略了如螺纹、键槽等局部结构特征。

2 滑套的静态特性分析

    使用的Simulation插件，在算例顾问的菜单中新建一个算例，类型选择静态，按以下四个步骤对滑套的工作环境进行模拟设置。

    ①定义材料属性。选择滑套的材料为合金钢，材料的机械性能为：σb=650MPa；σs=360MPa；σ_-1=270MPa；τ_-1=155MPa；E=2.15×105MPa。材料属性为：弹性模量（2.15e+11）、泊松比（0.3）以及密度（7800kg/m3）。

    ②设定边界条件，为滑套添加正确的夹具约束。

    ③施加载荷，根据型材切割机的设计要求，在静态条件下，滑套主要承受来自切割进给机构的自重压力载荷，大小为125kN。