数控转塔冲床机身模态分析和优化设计.pdfVIP

文章编 号 ：1672—0121(2011)04—0020—04 数控转塔冲床机身模态分析与优化设计 陈 琪 。高建和 ，吴宏祥 ，徐长奎 (1．扬州大学 机械工程 学 院，江苏 扬州 225127； 2．江苏金方 圆数控机床有 限公司 ，江苏 扬州 225127) 摘要 ：采用有 限元分析软件 ANSYS对数控转塔冲床机身进 行有 限元模拟 ，并与实验相结合 ，对其进 行模 态分析和优化设计，得到机身 的最优结构模型。由分析可知 ，改进后的机身动态性能得到 了极大提高。 关键词 ：机械设计 ；结构优化 ；数控转塔冲床 ；模态分析 中图分类 号 ：TG385．1 文献标识码 ：B 1 引言 主板 模态分析是研 究 结构动力特性 的一种近代方 法 ，其为结构系统提供系统模态参数 ，为振动特性分 析 、振动故 障诊 断 以及结构动力特性 的优化设计提 供依据 。模态分析可分为理论模态分析和实验模态 分析 。理论模态分析运用有 限元法对振动结构进 行 离散化 ，建立特征值 的数学模型 ，求 出系统的固有频 率和振 型 。实验模态分析首先利用实验测得激励和 加强筋 响应 的时间历程 ，再运用数字处理技术求 出系统模 态参数 。 图1 数控转塔冲床机身模型 数控转塔冲床是加工板材 的精密机床 ，其加工 表 1 机 身 固有频率与振 型 精度 、可靠性与机身有很大关系 。机身是整机 中质量 阶次 频~／Hz 振型特征 和体积最大 的零部件 。因此 ，对其进行动态分析和优 1 31．62 Z方向一阶弯曲振动 化设计是很有必要 的。 2 583O Z方向二阶弯曲振动 2 数控转塔冲床机 身模态分析 3 93．00 X方向一阶弯曲振动 数控转塔冲床 由两块主板 、加强筋 以及六个支 4 l25-38 l，方向一阶扭转振动 撑焊接组成 ，六个 支撑与地面通过螺栓 紧固，如 图 1 5 139．79 方向三阶弯曲振动 所示 。主板是机 身 的主要受力零件 ，其强度和刚度是 6 157_3O Z方向四阶弯曲振动 衡量机 身是否合格 的标准 ，加强筋用于增加主板 的 强度 与 刚度 。数控转塔冲床模态分析 时 ，在 Solid— 从数控转塔冲床机身固有频率和振型 图可 以看 Works中建立三维模 型 ，然后将其导入 ANSYS中进 出 ：第三 、五 阶振 型为 X方 向的弯 曲 ；第 四阶振 型为 行有 限元计算 。分析 时 ，机 身主板与加 强筋部位做 Y方 向的弯 曲；第一 、二 、六 阶振 型为 Z方 向的弯 曲。 合部采用弹 数控转塔冲床机身变形主要发 生在机身的上半部 分 ，下半部分变形较小 ，说 明机 身上半部分 刚度不 足 ，需要 加强 ；下半部分刚度较大 ，可 以适 当减少材 动态性 能影