大型数控铣床床身结构动态特性分析.pdfVIP

学兔兔 第6期 (总第157期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．6 2009年 12月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUToMAT10N Dec． 文章编号：1672—6413(2009)06—0068—02 大型数控铣床床身结构的动态特性分析 李宏宇，杨 林，郑 俊，张 春 (沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110178) 摘要：以数控铣床床身为研究对象，运用结构动态设计原理和有限元法，依据零件的振型特点，研究了不同筋 板型式和筋板厚度对床身动态性能的影响，通过比较选用适宜的筋板型式以提高其动刚度。 关键词：床身；有限元法；动态分析；铣床 中图分类号：TG547 文献标识码：A 0 引言 两种筋板结构的主振型图基本相同，见图4。第1 对数控机床而言，机床动态特性的好坏将直接影 阶振型为床头围绕 方向的弯曲振动，在y—z平面 响其加工性能。整个数控机床是一个十分复杂的结构 基本没有振动，弯曲振动的薄弱环节是床身的中部。第 系统，床身在整个机床的组成部分中起着支撑工件、工 2阶振型为绕y轴的扭转振动，薄弱环节在横梁的左 作台、立柱等关键部件的作用。这里，以大型数控铣 中部。第3阶振型为绕y轴的扭转、 轴的弯曲加绕 床床身为例，对床身的动态特性进行分析。 z轴的少量弯曲，薄弱环节在床身中部和横梁中部。第 1 床身的动态特性分析 4阶振型为床身横梁处绕y轴的弯曲。第5阶振型为 1．1 基本原理 向 轴正向的弯曲加沿y轴负向递增的弯曲，薄弱环 动态特性分析主要是指对固有频率和主振型的分 节在横梁处。 析，一般可通过无阻尼自由振动方程计算固有特性。 系统的振动可以表达为各阶固有振型的线性组 合，其中低阶固有振型要比高阶固有振型对系统的振 动影响大，因此低阶振型对系统的动态特性起决定作 用，故在进行系统的振动特性的分析计算时通常取前 5阶。 1．2 算例分析 床身建模是在SolidWorks中完成的。床身为铸造 ： 毒一 一 一兽 一 一 ＆一 、 结构，长4 950 mm，宽1 800 mm，高680 mm。筋板厚 (a)正面图形 f b)底面图形 度30 mm。 图1 床身的简化模型 对床身的动态特性分析主要是应用 ANSYS Workbench软件。把模型导入 ANSYS Workbench 前，要对模型进行简化，将尺寸较小的螺纹孔、凸台、 凹槽、倒角都忽略不计。床身的简化模型见图l。床身 的网格划分见图2，网格数为52 477，单元数为25 827。 筋板结构布局有井型、米型、w型、圆型。参考 其他资料，前 3种以井型最好，故这里只对比井型和 圆型结构，见图3。 图2 床身的网格划分 收稿Et期：2009—03—04；修回日期：2009—06—21 作者简介：李宏字(1981一)，女，辽宁辽阳人，在读硕士研究生．研究方向：大型数控铣床结构的有限元分析及变量化设计。 学兔兔 2009年第6期