加工中心模态试验激振点与响应点的布置研究.pdf

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1、第３期（总第１９６期）机械工程与自动化Ｎｏ．３２０１６年６月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＪｕｎ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０３-００７３-０３加工中心模态试验激振点与响应点的布置研究赵文明，宁平春（湖南百利工程科技股份有限公司，湖南岳阳４１４００７）摘要：模态试验是研究机械结构动态特性的有效手段，激励点和响应点的选择是模态试验的关键环节。以ＫＶＣ８００立式加工中心为研究对象，通过ＡＮＳＹＳ有限元模态分析，获取加工中心的主要振型，以此为依据，确定激振点与响应点的布置方案，并在该方案下开展

2、模态试验，成功获取加工中心主要部件的各阶模态。关键词：模态试验；激励点；响应点；立式加工中心中图分类号：ＴＰ３９１.７∶ＴＧ６５９文献标识码：Ａ0引言（２）设定材料属性：该加工中心的床身、立柱、主轴３随着机床加工行业的迅速发展，对加工中心的加箱、床鞍和工作台的材料是铸铁，密度为７３００ｋｇ／ｍ，工性能及加工精度要求越来越高，对加工中心进行动泊松比为０．２５，弹性模量为１３５ＧＰａ；丝杠、丝杠螺母３态分析，发现问题并解决问题是提高加工中心的加工的材料为高性能优质钢，密度为７８００ｋｇ／ｍ，泊松比性能与加工精度的有效途径。模态试验分析方法

3、是研为０．３，弹性模量为２００ＧＰａ。究数控加工中心动态特性的常用方法，对加工中心结（３）定义接触对：加工中心工作台系统中的滑块［１－２］构的动态特性分析有着重要的作用。通过螺母安装在工作台上，工作台系统的动态性能受在模态试验过程中，激励点以及响应点的正确选到它们之间相互作用的影响较小，可以忽略不计。因择是其关键环节之一。激励点与响应测点布置不仅依此在建模时将滑块和工作台的接触面定义为绑定接赖于工程经验，而且布置规模往往较大，导致试验效率触，这样既有利于工作台系统的简化，又可以提高计算低、成本高。通过理论建模分析的方法研究激励点选择效

4、率。同样的，滑块与立柱之间、滑块与床身之间的接和响应测点布置，可有效提高模态试验分析的效率、降触面均定义为绑定接触。加工中心中所有导轨和滑块［３－４］低试验成本，具有重要的工程意义。本文以ＫＶＣ８００以及滚珠丝杠和丝杠母座之间的接触类型均定义为不立式加工中心整机为研究对象，利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ建立分离接触。在进行切削加工时，导轨和滑块之间本身加工中心的三维模型，导入ＡＮＳＹＳ进行模态分析，得就是固定连接，丝杠和工作台之间并没有相对运动，这到加工中心的振动特性，结合激励点及响应点的选择种接触设置是符合实际情况的。原则，确定合适的布置

5、方案，为模态试验的顺利展开提（４）划分网格：该加工中心的床身、立柱、主轴箱、供可靠依据。床鞍等结构形状复杂，且均设计有合理的布筋，所以为1KVC800立式加工中心建模与分析了减小网格划分的复杂度，在分析中采用自动划分网ＫＶＣ８００是十字滑座移动的立式加工中心。该加格的形式。工作台、滑块、导轨、丝杠母座等零部件同工中心结构主要由工作台、床身、床鞍、立柱、主轴箱及样结构较复杂，故也采用自动划分网格的形式。滚珠刀库６大部分组成，对其建模与分析的具体过程如下：丝杠在三维建模时被简化成一个圆柱体，所以采用映（１）导入模型：由于机床的床身、立柱、

6、主轴箱都射划分网格的形式，得到规则的六面体单元。模态分是复杂的薄壁加筋结构，直接在有限元分析软件中建析中没有应力集中现象，不需要考虑网格的疏密分布，模十分困难，因此，采用常用的三维建模软件Ｓｏｌｉｄ-所以要求网格尽可能均匀分布。Ｗｏｒｋｓ进行模型建立，模型建好后再将其另存为“．ｘ＿（５）施加边界条件：模态分析中的边界条件不包ｔ”格式导入到有限元分析软件中进行振型分析。括载荷力，所以进行模态分析时，只需对其作位移边界收稿日期：２０１５-０９-１７；修订日期：２０１６-０４-２２作者简介：赵文明（１９８１-），男，湖南祁阳人，工程师，主要

7、从事测试技术与结构设计工作。・７４・机械工程与自动化２０１６年第３期［５－６］条件限制即可。为了正确地模拟高速加工中心的进行求解，对装配好的加工中心底面施加固定约束来工况，采用的约束方法是对工作台系统的导轨进行固模拟机床固定在地面上，对其进行振型分析。图１为定约束，对丝杠两端施加圆柱约束；对于床身、立柱上求解得到的ＫＶＣ８００整机主要振型图。的导轨及丝杠同样分别施加固定约束以及圆柱约束；由图１的３个主要模态振型可以得出：工作台及立柱是通过螺栓垂直安装在床身后部，所以需对立柱床鞍的振型变化最大的区域主要分布在工作台两端的底部添加固定约束

8、；主轴箱只做垂向运动，所以在主轴４个角点处；床身的振型明显变化部位集中在床身上箱滑块面添加给定位移约束，将横向和纵向位移设置半部分的前后两个自由端；立柱顶部的振型变化最大；为零来约束主轴箱的横、纵向运动。主轴箱的振型最大