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1、2003年9月沈阳工业学院学报Vol.22No.3第22卷第3期JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGYSep.2003文章编号:1003-1251(2003)03-0009-04高速铣床工作台动态特性对加工精度影响的分析范月宁,张志军,李舒平(沈阳工业学院高速切削工程技术中心辽宁沈阳110016)摘要:随着机床向高速发展,随之带来一系列的问题,其中振动问题是不容忽视的,因此对高速铣床工作台的两种筋板布置形式进行动态特性分析,主要包括固有频率及其相应的振型等的分析,通过此分析找出对
2、工件加工精度影响小的工作台筋板的布置形式是隔板型.关键词:高速铣床;工作台;动态特性中图分类号:O321文献标识码:A在进行结构动力学分析的实际运用中,通常采是求式(2)特征值和特征向量的过程.取的方法是将连续系统离散化为只有有限个自由K=M(2)度的系统,由此求出连续系统的近似解.有限元法其中为特征向量矩阵,=[12P],是对每个单元取假设模态,由于单元的数目通常比i(i=1,2,,p)为n阶列向量特征值矩阵较大,假设模态就可以取简单一些;而且它以节点位移作为系统的广义坐标,可以降
3、低系统微分方程的耦合程度,给用计算机求解带来方便,所以有限元法已成为分析复杂结构的有效方法和手段.本文就是采用有限元法,在大型有限元软件ANSYS上对自行研制的XS6380型三轴联动高速铣床工作台进求解式(2)ANSYS软件用的是BlockLanczos方行动态特性分析.法.由于工件直接夹紧在工作台上,所以工作台的动态特性对工件的加工精度将有直接的影响,而工2模态分析作台的动态特性与其结构形式密切相关.本文借助三维SOLIDWORKS软件与有限元分析软件ANSYS,机床工作台模型是借助三维SOLIDWORKS
4、软分析了XS6380型高速铣床两种工作台结构布局方件建立的,忽略掉一些螺钉孔、销孔等直径小的孔,式的动态特性,从而得到了接近激励频率的振型对在模态分析中,这些因素对其分析影响很小.再把工件加工精度影响较小的筋板布置形式.用SOLIDWORKS建的模型导入有限元分析软件ANSYS下面,划分网格、加约束条件、求解.工作台1动态特性分析的理论基础两种筋板的布置形式的有限元模型见图1.在不考虑阻尼的情况下,对数控铣床工作台的2.1分析结果结构进行剖分离散,n个自由度系统的固有振动方2.1.1低阶固有频率程为:对于米
5、字型筋板,计算得出前100阶模态的MX+KX=0(1)固有频率,其中6阶接近15Hz、3Hz、45Hz的固有其中X为加速度向量,X为位移向量,M为质频率如表1.量矩阵,K为刚度矩阵.表1米字型筋板的低阶固有频率求解式(1)的固有频率和主振型的过程实质上阶数6阶7阶15阶16阶36阶37阶固有频率1.377511.875912.699703.013734.416334.50402收稿日期:2002-09-28/Hz作者简介:范月宁(1978)女,辽宁海城人,硕士研究生.10沈阳工业学院学报
6、2003年图1米字型筋板和隔板型筋板工作台的有限元模型对于隔板型筋板,计算得出前100阶模态的固2.1.2低阶振型有频率,其中6阶接近15Hz、3Hz、45Hz的固有频对于米字型筋板,相对应固有频率的振型率如表2.图见图2.对于隔板型筋板,相对应固有频率的振型表2隔板型筋板的低阶固有频率图见图3.在超过600Hz时工作台振型见图4.阶数6阶7阶15阶16阶31阶32阶固有频率139481.83182.72803.06334.45424.5329/Hz图2米字型
7、筋板的低阶振型图筋板工作台固有频率是第6阶振型,它对工作台变2.2筋板布置形式对工件加工精度的影响形贡献最大,其振型图如图5.只在进给状态下,由于滚珠丝杠驱动工作台移由振型图可得如下分析结果1:动,所以滚珠丝杠的振动频率将对工作台直接影米字型筋板工作台第6阶振型为绕Z轴响,XS6380型高速铣床用3齿铣刀,每齿进给量为的弯曲,绕X轴的扭转,而隔板型筋板工作台第六0.05mm、0.1mm、0.15mm,滚珠丝杠的螺距为20mm,阶振型只为绕X轴的弯曲.主轴转数为12000r/min,由此可得滚珠丝杠驱动
8、工米字型筋板工作台和隔板型筋板工作台作台的频率为1.5Hz,3Hz,4.5Hz.的变形范围较聚集且颜色过度明显,但分布方向不接近15Hz的米字型筋板工作台和隔板型同,米字型筋板工作台沿X方向反对称分布,隔第3期范月宁等:高速铣床工作台动态特性对加工精度影响的分析11图3隔板型筋板的低阶振型
