基于Hyperworks的铣床主轴模态分析-论文.pdf

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1、长江大学学报(自科版)2014年3月号理工上旬刊第l1卷第7JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Mar．2014，Vo1．11No．7基于Hyperworks的铣床主轴模态分析方俊芳(安徽水利水电职业技术学院机械系，安徽合肥231603)张岩(安徽合力股份有限公司，安徽合肥230000)[摘要]铣刀主轴所作的运动是主运动，其运动特点是刀具间断性切削工件，铣床铣削时主轴受到较大切削冲击力，振动较大，影响加工表面质量。利用Solidworks与Hyperworks软件建模(利用Solidworks软件

2、建立铣床主轴三维模型，将该模型导入有限元分析软件Hyperworks中自动划分铣床主轴的网格，设置为四面体结点)与分析铣床主轴结构的合理性，得出模态分析数据，计算出铣床主轴一到四阶固有频率和振型。结果表明，铣床主轴的固有频率和工作频率相差较大，加工过程中不会引起共振现象。[关键词]铣床主轴；Hyperworks；Solidworks；模态分析[中图分类号]U464．13[文献标志码]A[文章编号]1673—1409(2014)o7—0070一o2铣床是传统金属切削机床中功能最多的机床设备，在机械制造企业中必不可少。多刃铣刀的工作步骤如下

3、：刀刃进入切削一切削层逐渐增厚一切削层最厚一刀刃离开工件；下一个刀刃进入切削一下一个刀刃切削层增厚一下一个刀刃离开工件，⋯⋯，不断重复进行。铣刀主轴所作的运动是主运动]，消耗功率最大，加工速度最高，刀具间断地接触工件，离开工件，这个过程对刀具所在的铣床主轴冲击力较大，振动较大，从而使加工件表面质量难以提高。铣床主轴受到的切削抗力对主轴疲劳寿命产生较大影响。为此，笔者拟对铣床主轴进行模态频率和振型分析，由此预判断外部激励对主轴运动的作用效果，避免发生共振危害。1模态分析理论铣床主轴系统是高速运动系统，仅仅依靠静强度理论计算主轴受力与变形情

4、况是不够的，还需要分析其动态特性。目前机械设计中大多数动态分析用的是模态分析方法。机械结构的模态参数(固有频率、阻尼比、模态振型)由其尺寸形状、材料属性决定，可以通过模态分析获得这些参数[2]。现代机械设计中的模态分析方法有试验模态分析和计算模态分析l_2]2种。由于三维分析软件的普及应用，现代设计阶段的模态分析可以采用第2种方法中的有限元计算方法获得。下面，笔者以Solidworks与Hyperworks软件建模与分析铣床主轴结构的合理性，防止主轴的振动频率与固有频率出现重合。2铣床主轴结构与材料属性铣刀盘上的刀刃在铣刀圆周均匀分布，

5、随着主轴的连续不断运转，每个刀齿逐个进入切削一切削层加厚一离开切削，不断重复这一过程。由此可以看出刀齿与工件的接触是不断变化的，铣床主轴在这种变化的运动特性中容易发生振动，所以主轴部件应具有较高的刚性和抗振性要求。在X6132型铣床主轴上采用了3处轴承支撑。其中前面与中间支撑为主支撑，都用圆锥滚子轴承支撑，后支撑的作用为辅助性的，用的是深沟球轴承(见图1)。图2为铣床主轴结构简图，主轴所用材料属性如表1所示。[收稿日期]2013—09—20[基金项目]安徽省教育厅重点研究项目(2ol2jxxm733)；安徽水利水电职业技术学院校级教科研

6、项目(2014xjky09)；安徽省职业与成人教育学会教科研项目(BCB13001)。．[作者简介]方俊芳(1974一)，女，硕士，讲师，现主要从事机械电子工程方面的教学与研究工作。