高速立式加工中心静动态特性分析及结构改进

高速立式加工中心静动态特性

第32卷第03期2011年03月

煤矿机械

CoalMineMachinery

Vol.32No.03Mar.2011

高速立式加工中心静动态特性分析及结构改进*

徐金华1，毛志云

2，3

，孙峻峰3，高东强

2

（1.宁夏中卫大河机床有限责任公司，宁夏中卫755000；2.陕西科技大学机电工程学院，西安710021；3.许继集团有限公

司，河南许昌461000）

要：利用ANSYSWorkbench软件对高速立式加工中心整机进行静力学分析，得出了静变

形云图，经过分析找出了整机静刚度较弱的部位；对整机进行了模态分析，获得了特殊频段的固有频率和振型，并对各阶模态振型进行分析，找到了整机结构中动态特性薄弱环节。根据分析结果对整机结构进行改进，改进后整机的静、动态性能明显要优于原整机，为机床的优化设计和再制造设计打下了基础。

关键词：高速立式加工中心；静力学分析；模态分析

中图分类号：TG541文献标志码：A文章编号：1003－0794（2011）03－0169－03

摘

StaticandDynamicCharacteristicAnalysisandStructureImprovement

ofHigh－speedVerticalProcessingCenter

XUJin-hua1，MAOZhi-yun2,3，SUNJun-feng3，GAODong-qiang2

（1.NingxiaZhongweiDaheMachineToolCo.,LTD.，Zhongwei755000，China；2.MechanicalandElectricalEngineeringCollege，

ShanxiUniversitityofScienceandTechnology,Xi’an710021,China;3.XJGroupCorporation，Xuchang461000,China）

Abstract：Thestaticanalysisofhigh-speedverticalmachiningcenterisstudiedbymeansofANSYSworkbench.Andthedeformationfiguresareacquired.Throughtheanalysisofthedeformationfigures,thelocationsofweakstaticstiffnessareidentified.Themodalanalysisisstudiedandtheorderofnaturalfrequenciesweneedareobtained.Throughtheanalysisofthevibrationmodesofthismachinetools,itsrelativeweakerpartsarepointed.Thestructureofthemachinetoolsisimprovedaccordingtotheanalysisresults.Thestaticanddynamiccharacteristicsoftheimprovedstructureareapparentlybetterthanthatoftheoriginaldesign.Itmakesabaseforoptimizeddesignandremanufacturing.Keywords:high-speedverticalmachiningcenter;staticanalysis;modalanalysis11.1

加工中心的静动态特性分析整机有限元建模

1.2静力学分析

机床的静刚度是指刀具与工件间在切削敏感

ANSYSWorkbench软件是以有限元分析为基

础的大型通用CAE软件，ANSYSWorkbenchEnvi-

方向产生单位变形所需力的大小。机床的静刚度主要决定于零、部件的材料、形状、尺寸和肋板的布置等因素，它是衡量机床整机特性优劣的一个重要指标。提高机床的静刚度值对于提高加工效率、加工精度和表面加工质量是十分有效的。

高速立式加工中心快速移动速度可达60m/min，所以要求切削过程中的背吃刀量很小，一般不超过

ronment（AWE）作为新一代多物理场协同CAE仿真

环境，它包含3个主要模块：几何建模模块、有限元分析模块和优化设计模块。ANSYSWorkbench软件的实体建模功能较弱，用三维软件Solidworks将高速立式加工中心整机模型建立起来，再通过程序接口将实体模型完整地导入到ANSYSWorkbench中，目前很多有限元分析过程都是采用在三维软件建立实体模型，然后通过程序接口导入到有限元分析软件中再进行分析计算。

考虑到一些细小特征对整体的性能影响很小，根据圣维南原理，在不影响模型精度的基础上，对机床零部件的局部特征进行了适当的简化。将部件中的倒角、工艺孔、退刀槽、螺纹等均按实体处理。在考虑机床主要结合面特征参数对整机特性影响的基础上，建立了较准确的整机有限元模型。

*国家科技重大专项（2009ZX040－014－02）

10μm，根据实际工况选取合理的切削参数，由切削

力经验公式估算出X、Y、Z3方向切削力均小于

1000N。因此，对整机有限元模型进行静力分析时，

在整机模型的刀具部位X、Y、Z3方向同时施加

1000N的静载荷，工件上加载与刀具所加载荷大

小相等，方向相反的力，来模拟机床在实际加工时受到的静态切削力。经过求解得出整机X、Y、Z三方向的变形云图，各向最大变形量值见表1。

X方向最大变形出现在立柱和主轴顶端，Y向

最大变形出现在主轴箱前端面，Z向最大变形仍出

百度搜索“70edu”或“70教育网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，70教育网，提供经典教育范文高速立式加工中心静动态特性分析及结构改进在线全文阅读。