微磨料水射流机床悬臂梁的有限元分析.pdf

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1、机械设计与制造第2期4MachineryDesign&Manufacture2012年2月文章编号：1001—3997(2012)02—0004—02微磨料水射流机床悬臂梁的有限元分析木陈廷成戴良博雷玉勇卫排锋王荣娟(西华大学机械工程与自动化学院特种加工研究所，成都610039)FiniteelementanalysisofcantileverofmicroabrasivewaterietmachinineCHENYan—cheng，DAILiang-bo，LEIYu-yong，WEIPai-f

2、eng，WANGRong-juan(SchoolofMechanicalEngineering&Automation，XihuaUniversity，Chengdu610039，China)一十dL一1、量●十’／十d’1●十十卅十}一、§、e、十／—e、j＼§、§q、￡、t、t一十d十十，d十d＼●q、．’十+／，d’d一十、I【摘要】微磨料水射流切割机床的切割精度与机床数控平台、数控系统精度以及水射流工艺参数直接有关，同时还与安装水射流切割头及其附件的悬臂梁刚度和绕曲变形有关。针对微磨料水射

3、流机床的重要部件悬臂梁进行了Solidworks三维建模，基于ComsWorks进行了静态和模态分析。分析表明，微磨料水射流切割机床悬臂梁固有一阶、二阶、三阶和四阶频率分别为20Hz、31Hz、91Hz和104Hz。为了避免引起共振，负载频率应以一定幅度错开其固有频率。现有悬臂梁结构具有足够的刚度。关键词：微磨料；磨料水射流；悬臂梁；刚度；模态振型【Abstract】Thecuttingprecisionofmicroabrasivewaterjetmachinerelatedwithmachi

4、netool，com—puternumericcontrolsystem．microabrasivewaterjetsystemwellthecantilever，onwhichthecuttingheadofabrasivewaterjetandotheraccessoryaremounted．BasedonSolidworksa3DmodelofcantileverWasbuilt．Thereaftertherigidityanddeformationofcantileverwereanal

5、yzedusing．finiteelementanalysis(FEA)basedonComsWorks，whichresultshowedthatthenaturalfrequencyofcantileveris20Hz，31Hz，91Hzand104HzrespectiveIncaseofresonance，itissuggestedthattheloadfrequencyshouldawayfromthenaturalfrequencyofcantilever．Therigidityofc

6、antileveravailableisgoodenough．Keywords：Microabrasive；Abrasivewaterjet；Cantilever；Rigidity；Modelanalysis中图分类号：TH114，TG664文献标识码：A立柱4、滑块5、丝杠2以及切割头8等部件组成。滑块5和外伸1引-f梁9刚性连接并固定。立柱4和丝杠2刚性连接，通过滑块5连微磨料水射流(MicroAbrasiveWaterJets—MAWJ)是继激光接外伸梁9，丝杆2穿过滑块5以细齿啮合精密配

7、合。丝杠2上束、电子束、等离子体束之后的新一代环保型、高能束、“冷”态微端通过联轴器连接伺服电机，下端连接一微型轴承。当伺服电机细精密加工技术，其切缝宽度可达(50～500)~m范围lll。美国某公旋转，立柱可上下调整切割头与工件距离。另一方面，微型步进司已经开发了专门用于加工半导体材料的微磨料水射流机床，市电机7、供砂管6的供料装置、高压水管3和切割头8固定在立场反馈良好12]，有望成为半导体、微电子及新能源等加工领域新的柱4上。发展点。微磨料水射流机床的加工精度除了与切割工艺参数(如压力、靶

8、距、磨料流量)、机床运动控制精度直接有关外，还与机床3悬臂梁有限元模型的建立的刚度，尤其是安装切割头的悬臂梁刚度以及加工过程中悬臂梁3．1模型的分析和简化的振动有关目。对于一般磨料水射流机床，上述影响因素可忽略，该悬臂梁结构中外伸梁、滑块、丝杠、立柱依次刚性连接，为但对于精细加工的微磨料水射流机床，必须考虑悬臂梁的变形和简化模型，在建立有限元模型时假设它们是一体的，另外忽略结振动带来的负面影响。微磨料水射流机床在结构上增加了螺杆泵构中倒角、螺纹孑L以及鱼眼坑等。将伺服电机1、高压水管3、砂管主动