基于ANSYS Workbench的数控滚齿机立柱模态分析.pdf

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1、苍于ANSYSWorkbench的放凉齿机主往簇念分衍口胡世军。口王恩广口刘学z口侯剑波z口陈玉荣1．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室兰州7300502．兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要：为保证滚齿机立柱结构的动态特·PA~L．a：件的加工精度．利用软件建立三维实体模型．导入ANSYSWorkbench中，对机床立柱进行模态分析，提取前五阶固有频率和相应振型图，得到了滚齿机加工时立柱设计结构应避开的共振频率范围。此结论为以后滚齿机立柱的优化设计提供了理论依据，可缩短产品的设计周

2、期。关键词：立柱ANSYSWorkbench模态分析动态特性中图分类号：TH164；TP391．9文献标识码：A文章编号：1000—4998(2015)06—0019—03立柱作为数控滚齿机的关键部件，其结构是否合确定的时间常数。理对机床的工作稳定性、加工精度、使用寿命、加工效将式(3)代入式(2)，得到一个广义特征值问题，即：率等衡量机床的各个性能指标都有很大程度上的影脚一∞p=0(4)响⋯。滚齿机工作过程中，尤其是间断非连续切削时，求解以上方程可以确定和∞。结果得到rt个特切削力是立柱产生振动的主要振源，当

3、激振频率等于征解(，)、(o,22，)⋯．、(∞，)，其中特征值，或者接近立柱固有频率时将会引起立柱共振．使机床：⋯．，代表系统的n个固有频率，特征向量西。，结构刚度降低、动态特性变差。从而影响机床加工精：⋯．，代表系统的n个固有振型。显然∞取决于系度，因此有必要对其进行详细的动态分析C。由于立柱统本身质量m、刚度k等物理参数，可表示为：的结构较为复杂，采用一般方法计算或是仪器进行测㈤量，难度较大，因此采用Pro／E、ANSYS软件为平台，充分利用两者强大的三维设计、有限元分析功能及无缝结构固有频率高，说明单位

4、质量的刚度高，可作为连接的优点[33，对滚齿机立柱进行有限元建模、模态分结构动态设计的优化目标，借鉴机械结构学理论及设计经验，利用ANSYSWorkbench软件分析计算，改进析，实现提高滚齿机立柱动态特性的目的。立柱结构，提高刚度k，尽可能减轻m，则固有频率提1模态分析的基本理论高，从而使立柱的动态特性变优。在对数控滚齿机立柱动态特性分析中．物体的模2立柱的有限元分析态参数包括固有频率和相对应的振型，这两个参数主要由物体的质量、刚度和结构决定，因此。可根据自由2．1立柱实体模型的建立振动基本微分方程[对其分析

5、。建立有效而正确的模型是进行模态分析的关键环X(t)+CX(t)+眉(t)=F(t)“(1)节．模型简化正确与否直接关系到有限元计算结果的式中：M为质量矩阵；为速度矢量；为加速度矢量；准确性。因此，建立的有限元模型必须具有足够的准确性，不仅能反映机床整体的实际结构，而且边界条件、C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；为位移向量；，()为作用力向量；t为时间。结构简化的设置要与实际情况一致。当结构阻尼较小时．对固有频率与振型影响较小．利用Pro／E软件建立滚齿机立柱的三维数字模型，来更真实地模拟立柱受力情况。由于立柱的实际

6、结构可忽略不计。因此当F(t)=O时，方程变为：较复杂．因此对于明显不会影响立柱强度、整体刚度的^(￡)+眉X(￡)=O(2)结构自由振动时，结构上的各个节点作简谐振动。部位，如倒角、圆角、螺钉孑L等予以简化C5]，有利于网格它的~-．-f以假设为以下形式：的划分，节省大量分析时间，如图1所示。2．2划分网格sin[∞(￡一t0)](3)式中：为n阶向量；为振动频率；t。为由初始条件如图2所示．用Pro／E软件建立滚齿机立柱的三维数字模型。存为STP格式导人ANSYSWorkbench软件收稿日期：2014年l

7、1月机械制造53卷第610期2015／6回