xh715型机床床身动静态有限元分析

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1、XH715型机床床身动静态有限元分析

2、第1...机床床身是机床重要的基础部件。它的动态特性和静态特性直接影响机床加工精度及精度的稳定性，要保证机床具有良好的动态特性，首先必须保证床身有良好的动态性能。XH715型机床床身为肋板式框形结构，所以床身肋板的布置和尺寸的大小对其动静态特性有着直接的影响。本文以XH715型机床床身为研究对象，利用有限元ALGOR软件分析其动态特性，可为该床身实际生产应用提供一定的理论依据。1机床床身有限元模型1.1有限元网格划分选用ALGOR大型有限元分析软件提供的实体块单元对机床床身

3、进行网格划分，共划分22298个单元，得到的有限元模型如图1所示。2材料属性及边界处理材料属性包括设置材料密度、弹性模量和泊松比。机床床身所选材料为HT300，其参数为:ρ=S1=0.25。由于机床床身安装时采用8个地脚螺栓与地面连接，为了模拟实际工况，因而边界处理时将床身与螺栓结合面进行全约束。1.3求解设置求机床床身前5阶频率进行床身模态分析。3机床床身模态分析机床床身模态分析主要分析床身的固有频率和振型，其作用为:避免床身受载后发生共振现象，同时也是进行其他动力学(响应谱)分析的起点。经模态分析，该机床床

4、身模态分析后的结果见表1.由于第一、二阶固有频率对机床床身的动态特性影响较大，故本文对第一、二阶模态作如下分析。图2为机床床身第一阶振型图，可看出第一阶振型为扭转振型，频率为118.951Hz，在该振型下床身的最大变形为1.848mm;图3为机床床身第二阶振型图，可得到第二阶振型为弯曲振型，频率为248.562Hz，在该振型下床身的最大变形为1.413mm;从图2、图3可以看出，床身的第一阶扭转频率比较低，为118.951Hz，机床上转动部件的各种振动有可能达到或接近该频率，使床身出现扭转振动而影响床身的加工精

5、度。也就是说，如果达到或接近一阶频率，则床身的扭转刚性较差，就有必要通过各种途径来提高床身的扭转频率而使床身的扭转刚度得到提高。而二阶振型的频率相对较高，对床身的振动影响相对较小。4机床床身静态分析机床工作时安装在主轴下的刀具受到工件作用产生3个方向的作用反力，在静态分析时，为模拟机床床身实际受载情况，对该机床刀具部位施加3个方向各1000N的力，通过有限元分析，机床床身的总位移云图和MISE云图如图4、图5所示。由图4可以看出，机床床身总位移沿床身纵向中心剖切面呈对称分布，床身与立柱结合面上总位移分布不均匀，

6、沿X轴负向逐渐增大，最大位移发生在床身与立柱结合面的右侧，其数值为0.004508403mm;滚珠丝杠导轨面总位移分布同样不均匀，其最大位移约为床身与立柱结合面上总位移的一平，数值为0.002705042mm。图5反映该机床床身受载后的MISE云图，可以看出床身MISE分布不均匀，最大MISE分布在床身与立柱的结合面位置，其数值为1.72909N/mm2，小于该材料的强度极限，因而材料不会发生破坏。5机床床身谐响应分析对于一个振动系统，当激励频率达到系统固有频率时，系统将发生共振，这时系统的响应最大。谐响应分析

7、就是给系统一个持续的周期载荷，分析系统中产生持续的周期响应，以及确定结构承受随时间周期变化载荷时的稳态响应。本文是在有预应力的机床床身模态分析基础上，进行一般的模态叠加法谐响应分析即可得到有预应力的床身谐响应分析川。重新施加力载荷和载荷步(包括谐响应分析的频率范围、载荷子步数)后进行谐响应分析，得到机床床身其中一节点位移(AMPL)和频率(FREQ)的谐响应曲线，如图6所示范。从表1机床床身前5阶模态分析结果及图6节点的谐响应曲线可知，此节点的前5阶模态分析频率远离谐响应曲线最大幅值所对应的频率，说明该机床床身

8、正常工作时不会发生共振现象;同时从节点的谐响应曲线可以看出，该机床床身在不同频率段的响应波动范围不大，因而此床身结构设计较为合理。6结束语本文利用ALGOR有限元软件对XH715型机床床身首先进行了模态分析，得到床身前5阶固有频率和振型;然后进行静态分析，得出床身总位移和MISE云图;最后在模态分析的基础上进行谐响应分析，绘制了该床身节点的谐响应曲线。从以上分析可见该机床床身结构满足实际要求，可应用于生产。